Термин «жесткость» (способность сопротивляться приложенным усилиям) часто применяется по отношению к воде. Жёсткой называют питьевую водичку, если она горьковата на вкус, если от нее быстро образуется толстый слой накипи на дне и стенках чайника. С такой водой медики связывают сердечнососудистые заболевания, она вредна для желудка, печени, кожи и волос. Перед употреблением внутрь или перед иным применением обязательно нужно устранить жесткость воды смягчением.

Что такое жесткость: понятие, определение

Под словом «жесткость» имеют в виду наличие растворившихся и нерастворенных солей в виде примесей, которые изменяют свойства Н₂О. К ним относят минеральные соли и соединения щелочноземельных металлов:

• карбонатные - карбонаты и бикарбонаты магния, кальция;
• некарбонатные - хлориды, нитраты, сульфаты и прочие соединения магния и кальция.

Соли можно увидеть на дне сосуда, если выпарить воду. Они образуют накипь, которую сложно удалить. В виде толстых отложений они накапливаются на санитарных приборах, на ТЭНах водонагревателей. По этим признакам можно понять, что это жесткая вода, требуется ее смягчение.

Жесткость - важный параметр, который определяет потребительские качества питьевой жидкости и народно-хозяйственное значение водных растворов. При превышении предельно-допустимой концентрации солей ухудшается вкус воды: она становится непригодной для питья, мытья, стирки, бытового использования. Жидкость с повышенной жесткостью резко снижает очищающие способности мыломоющих средств, увеличивает их расход.

В большом количестве соли токсичны, вызывают желтизну кожных покровов, могут провоцировать отравление организма с тяжелыми последствиями. В жидкость, которая поступает в дома по трубам водоснабжения, попадают шлаки и ржавчина, возрастает её загрязнение. Жесткая вода дает плотные каменистые отложения в виде накипи, снижает теплотехнические характеристики гидрооборудования, вызывает его поломки, наносит большой ущерб предприятиям. Она выводит из строя бытовые приборы, сантехнику. Если обнаружены признаки повышенной жесткости, требуется применять меры для смягчения жесткой воды.

Откуда берется жесткость в воде, как образуется, её основные источники

Кальций и магний есть во многих залежах пород - в местах, где залегают гипсы, известняки, доломиты. Их соединения вымываются талыми стоками, ливнями, селями. Породы разрушаются от ветра, от природных процессов, протекающих в земной коре.

В разных местностях встречаются различные полезные ископаемые, поэтому концентрация жесткости сильно различается. Она разная у поверхностных и глубоководных источников: в открытых водоемах она мягче, глубоко под землей намного жестче. Там, где водоносные слои проникают через толщу известковых пород, ПДК превышена в десятки раз. Поэтому нужно обязательно производить смягчение воды из скважины, колодца, других водоисточников.

Показатель жесткости зависит от сезона. В разные времена года состав меняется под действием различных факторов. Чтобы правильно выбрать оборудование для смягчения жесткой воды, нужно в течение года в средине каждого сезона сделать лабораторный анализ, чтобы точнее рассчитать показатель и подобрать фильтры для очистки.

Классификация жесткости

Различают жесткость трех видов:

1. Общая (Жо) показывает суммарное количество ионов Са²⁺+ Mg²⁺, складывается из временной Жк и постоянной Жп.
2. Временная (карбонатная, Жк) способна выпадать в осадок. Она состоит из карбонатных и бикарбонатных соединений, которые при высокой температуре распадаются на воду, углекислый газ (угольную кислоту), осадок из карбоната кальция и гидроксида магния. Именно Жк образует кальцинированную накипь на оборудовании. Смягчение временной жесткости воды легко устранить обычным кипячением.
3. Постоянная (некарбонатная, Жп) не опускается в осадок. Её состав намного сложнее, содержит фосфаты, сульфаты, фториды, хлориды, кислоты. Её невозможно устранить кипячением, нерастворимые соединения не расщепляются даже от высокой температуры. Очистка и смягчение воды производится более сложными способами.

Формула для расчета общей жесткости:

Жо=m/(Мэ×V), где

Жо - жёсткость в мг-экв/л; m - масса соли или иона, в миллиграммах; Мэ - молярная масса эквивалентов (соли либо ионов) в граммах на моль; V - физический объем жидкости в литрах.

Показатель жесткости определяют как сумму соединений магния и кальция, измеряют в различных единицах:

• моль/м³ - количество молей на 1 м³;
• °Ж - градус;
• мг-экв/л - число миллиграмм-эквивалентов на 1 дм³;
• ppm - промилле, одна тысячная доля, 1/10 ‰.

1°Ж (в 1 мг-экв/л) в пересчете на 1 литр содержит кальция Са²⁺=20,04, магния Mg²⁺=12,16 мг. Соединения магния растворяются намного труднее, от них у напитков появляется вкус горечи. Для определения концентрации примесей нужен точный лабораторный анализ. При очистке для смягчения воды учитывают все типы жесткости. При кратком лабораторном анализе ПДК устанавливается для Жо, при полной экспертизе определяют общую Жо и карбонатную Жк.

Нормы жесткости в воде

Есть государственные, национальные, отраслевые стандарты, санитарные нормы, технические условия для предприятий промышленности, народного и сельского хозяйства. В стандартах даются разные предписания для обычной питьевой, расфасованной в тару, хозяйственно-бытовой, технической воды. Различные требования устанавливаются для котловой воды - питательной, подпиточной, дополнительной. Параметры зависят от давления в системе, от вида топлива (жидкое, твердое).

Основные нормативные документы:

1. ГОСТ Р 51232-98 - общие требования к контролю качества.
2. ГОСТ Р ИСО 24510-2009 - к централизованному водоснабжению для хозяйственно-питьевых целей (ПДК не выше 350 мг/л или 7-10 мг-экв/л или 1-1,5 г на литр).
3. СанПИН 2.1.4.1074-01 - к водопроводной воде (ПДК магния до 50 мг/л).
4. СанПиН 2.1.4.1116-02 - к бутилированной (кальций 25-130, магний 5-65 мг/л; для напитков высшей категории ПДК=1,5-7, для первой 7 мг-экв/л).
5. СанПиН 2.1.4.1175-02 - к водным растворам, добываемым из разных источников: из скважин, колодцев, родников.

ВОЗ устанавливает допустимый предел: 10-30 мг магния; 20-80 мг кальция на 1 дм³ (литр). По требованиям EC показатель Жо не может превышать 1,2 мг-экв/л.

В российских стандартах указаны нижние допустимые пределы. Присутствие малой доли солей полезно. Тело усваивает микроэлементы из напитков гораздо лучше, чем из еды. Кальций нужен для строения костей и зубов, но его избыток вызывает каменистые отложения в почках.

Количество магния не может превышать 0,04, кальция -0,12, сульфатно-хлоридных соединений -2 мг/дм³. При жесткости, близкой к 0, в аквариуме погибнет живность, такую воду нельзя употреблять в пищу. Нужно тщательно отслеживать показатели. Соли образуют наслоения на стенках труб, нарушают работу теплового оборудования, увеличивают энергетические расходы на нагревание.

Различают пять степеней жесткости, которые нужно знать для смягчения питьевой и технической воды (они указаны в таблице ниже). Вода из глубоководных природных водоемов очень часто имеет 300-400 мг/л. ПДК по жесткости не должен превышать 500 мг, концентрация свыше 500 мг представляет серьезную опасность. Для солей железа ПДК рассчитывается отдельно.

Предельно-допустимое солесодержание:

Как определить что в воде большое количество жесткости

Внешне жесткая водица мало чем отличается от мягкой. О наличии кальциево-магниевых солей можно судить по нескольким признакам:

• вкус - напитки горчат;
• цвет - магний и железо придают буро-красноватый оттенок;
• мутность - немного снижается прозрачность, если жидкость взболтать;
• осадок после отстаивания - кальций оседает в виде белесого налета;
• тактильные ощущения - после мытья кожа словно стянутая, шелушится, волосы труднее расчесывать (на расческе остается белый налет);
• визуальные показатели - при стирке плохо пенятся мыломоющие средства, в чайнике быстро появляется накипь, на душевой лейке забиваются форсунки, на сантехнике появляются белесые разводы, разрастается налёт.

Способы, которые помогут понять, нужно ли смягчать воду:

1. Тесты - в 5 мл воды по каплям добавляется содержимое теста, пока не изменится цвет с розового на зеленый. Или используют аптечные полоски и «расшифровывают» результат по данным, изложенным в инструкции.
2. Методика титрования соляной кислотой (ацидиметрия). Наблюдают за реакцией реагента с Н₂О и изменение pH.
3. Измерение электропроводности с помощью кондуктометра TDS-метра. Чем больше концентрация солей, тем выше показатель электропроводимости.
4. Комплексонометрическое титрование трилоном Б - самый сложный, но наиболее точный метод.
5. Замеры приборами - солемерами, гидрометрами, рефрактометрами.

Очистка и смягчение воды зависят от точности данных. Наиболее достоверный результат даст лабораторное исследование водного состава.

Как устранить жесткость - способы смягчения жесткой воды

Мягкость - состояние, противоположное жесткости. Что такое смягчение воды - это удаление из нее вредных солей, которое можно произвести даже в быту ручными способами. Для солеочистки водных растворов в больших объемах предусмотрено промышленное смягчение воды.

Бытовые методы смягчения воды

Кипячение - самый простой способ, позволит снизить карбонатную жесткость. Она проявится в виде накипи. При кипении концентрация вредных веществ уменьшается, погибают микробы, вирусы, микроорганика.

Отстаивание - длительный способ. Нужно ждать, пока осадок опустится на дно емкости, затем осторожно её перелить в другую посуду. Не все соли легко выпадают в осадок.

Замораживание - занимает много времени, смягчение воды с помощью заморозки и последующего размораживания позволяет устранить некарбонатную (постоянную) жесткость. После многократного оттаивания можно получить полезную жидкость, по консистенции близкую к талой ледниковой.

Применение реагентов - добавление веществ, снижающих солесодержание. Нейтрализуют ионы кальция и магния такие вещества как: известь, сода, едкий натр. Промышленность выпускает специальные синтетические таблетки для стиральных и посудомоечных машин, их добавляют для смягчения воды при стирке, мытье посуды, уборке дома.

Профессиональные способы для смягчения воды - очистка с помощью фильтров

Фильтры умягчения широко применяются на производственных предприятиях. Для смягчения воды используют NaCl, обычную поваренную соль. Безопасные ионы Na вытесняют другие соли из воды, они не откладываются на поверхности фильтров. Процесс контролируется клапаном управления. Счетчик контролирует расход воды для автоматического запуска процесса восстановления. Для регенерации фильтрующего материала через фильтр пропускают раствор поваренной соли.

Ионообменные фильтры - для смягчения жесткости воды применяют многокомпонентные зернистые смолы типа Экотар или Экомикс. Помимо солей они извлекают соединения железа, сразу производя обезжелезивание. Принцип действия смол: в замкнутой системе фильтрации происходит обмен ионами, затем очищенный водный раствор подается к месту использования. Достоинства смоляных фильтров - долгий срок службы, смолы можно восстановить регенерацией.

Обратный осмос - смягчение воды обратным осмосом не требует вмешательства в процесс. Полуавтоматические установки очищают большие водные потоки в зависимости от производительности, на которую они рассчитаны. Для предприятий удобно использовать мощные промышленные станции для смягчения воды, для большого дома - производительную установку, для маленькой квартиры - бытовой прибор, который поместится под кухонной раковиной.

Покупка оборудования для смягчения и фильтрации воды

Компания Diasel Engineering поможет устранить жесткость жидкостей из любых водоисточников. Мы подберем оборудование, которое поможет умягчить воду для:

• ЖКХ, многоэтажных домов;
• коттеджных поселков;
• ТЭЦ, котельных;
• гальванического производства;
• микроэлектроники;
• пищевой и прочих областей промышленности.

На основе представленных данных об исходном составе мы подберем оборудование для смягчения водопроводной воды, выкачиваемой из колодца либо из скважины. После качественной очистки можно будет без опаски ее применять для питья или для производственных процессов.