Подробнее про жёсткость воды

Продолжаем раздел «Вода» и подраздел «Теоретические основы» статьёй Подробнее про жёсткость воды. Подробнее — потому что тема жёсткости воды уже всплывала на нашем интересном и полезном сайте в статье Жёсткая вода. Жёсткость воды вспоминается в первую очередь с накипью и умягчителем воды — прибором, который должен справляться с жёсткой водой и препятствовать образованию накипи.

Подробнее про жёсткость воды мы поговорим про жёсткость воды с точки зрения химии, разновидности жёсткости воды, единицы измерения жёсткости воды (в том числе в разных странах). Рассмотрим, откуда берётся жёсткость воды и как влияет жёсткость на качество воды.

Для начала немного про термины. В статье часто упоминаются слова «катионы» и «анионы». Катионы и анионы — это положительно и отрицательно заряженные ионы. Ион (др.-греч. ἰόν — идущее) — электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. Соответственно, если потеря — то заряд частицы положительный. Если присоединение — то заряд частицы отрицательный (поскольку электрон имеет однозначно отрицательный заряд).

Подробнее про жёсткость воды

Жёсткость воды с точки зрения химии

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

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

Катионы Анионы
Кальций (Ca2+) Гидрокарбонат (HCO3)
Магний (Mg2+) Сульфат (SO42-)
Стронций (Sr2+) Хлорид (Cl)
Железо (Fe2+) Нитрат (NO3)
Марганец (Mn2+) Силикат (SiO32-)

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+).

Разновидности жесткости воды.

Различают следующие разновидности  жёсткости воды:

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

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

Единицы измерения жёсткости воды.

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). На Украине используется как моль/м3, так и мг-экв/л (миллиграмм эквивалент на литр). Численно эти значения совпадают. Кстати, л и дм3 — это одно и тоже, литр и дециметр кубический.

Кроме этого в различных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

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

Примечание:

  1. Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде.
  2. Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде.
  3. Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Чтобы не заморачиваться пересчётами вручную, можно создать табличку пересчёта единиц жёсткости. Которую, кстати сказать, вы можете скачать по ссылке Таблица пересчёта единиц измерения жёсткости воды.

Откуда берётся жёсткость воды

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), 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.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников — из справочника «Гидрохимические показатели состояния окружающей среды» и учебника для вузов «Водоподготовка». A две — из иностранных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более «жесткий» подход к проблеме жесткости за границей. И не без причины, о чём — ниже.

Различные подходы к относительной жёсткости воды

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).

Как влияет жёсткость на качество воды

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая 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. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе водопровода 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 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.

Вот мы и узнали подробнее про жёсткость воды. Осталось определиться со способами борьбы 🙂

Подробнее про жёсткость воды

По материалам http://dino-trade.ru/index.php/2010-01-21-11-16-24/205-2010-10-31-16-41-39

34 Comments

  1. здравствуйте!помогите разобраться в единицах измерения жесткости воды!у меня итальянский газ.котел .в инструкции указано для норм.работы-жесткость воды не должна превышать 20 F .Вода из скважины.По результатам анализа жесткость составила-7,6 ммоль/дм3.Сколько-это в «F»? или наоборот 1F-это сколько ммоль/дм3 .?( слышал что в Европе норма-2ммоль/дм3,у нас-7.)Спасибо заранее!

  2. Добрый день.
    Миллимоль/дм3 — это то же самое, что и мг-экв/л и то же самое, что и моль/м3. То есть, 7,6 ммоль/дм3 = 7,6 мг-экв/л. По нашим нормам 7,6 мг-экв/л — это в пределах нормы, так как допускается жёсткость воды до 10 мг-экв/л.

    Соответственно, для пересчёта единиц измерения жёсткости можно воспользоваться програмкой рассчёта, которую можно скачать в статье.
    Для примера: в зелёную ячейку таблицы в колонке «франц град» вместо единицы вписываем значение жёсткости во французских градусах. Жмём энтер. Значения в соседних столбцах меняются. Нам важно значение в первом столбце «мг-экв».

    Так, при пересчёте оказывается, что 20 французских градусов = 4 мг-экв/л = 4 ммоль/дм3.

    Соответственно, для защиты котла желательно умягчение воды тем или иным способом.

  3. Здравствуйте.
    У меня скважина на небольшом мясоперерабатывающем цехе. Анализ жесткости показал 0,9 мг-экв/л. И вообще вода чистейшая, артезианская с рН 6,5-7. Вроде идеальная вода, но для переработки мяса используются специи, которые как то не правильно раскрываются в этой воде. Представитель завода специй сказал, что нам нужно фильтр ставить. Подскажите, может Вы знаете, как увеличить жесткость воды до нормы или средних значений.

  4. Добрый день.
    Для того, чтобы увеличить жёсткость воды, её пропускают через минерал кальцит. Это соли кальция, которые при прохождении воды постепенно растворяются и делают воду жёсткой.
    Проблема в том, что требуемое количество кальцита зависит от воды, от скорости, от температуры и ряда других показателей, и подобрать это количество точно можно лишь после начала работы фильтров.
    Однако, компании-поставщики водоочистного оборудования должны хотя бы примерно представлять себе нужный объём кальцита в зависимости от ваших потребностей.

  5. Для решения проблем с накипью на промышленных котлах очень эффективно использование противонакипного устройства .

  6. Александр, реклама на сайте платная. Если что — обращайтесь.

  7. Здравствуйте!
    Прошу оказать помощь в переводе показаний прибора TDS — meter ( измеритель жёсткости воды ) в мг-экв/л и обратно,
    при следующих его показаниях:
    водопроводная вода 177
    фильтрованная вода ( Аквафор ) 137
    Фильтрованная вода ( Atoll A-560 ) 8
    Вода из садовой скважины 2,5 мг — экв/л ( обратный перевод ).
    Какая зависимость между этими единицами измерения?

    Спасибо! С уважением Гирш Вениамин Максимович.

  8. тдс-метр не показывает жёсткость. Он показывает общее содержание солей. Он так и называется total dissolved solids, общие растворённые частицы.
    Так что у вас показания как раз в мг/л.
    В миллиграм-эквиваленты общее содержание солей пересчитать нельзя, поскольку не известен молекулярный вес компонентов.
    Если бы у вас был раствор известных солей, то вы бы разделили их концентрацию на их молекулярный вес и получили бы выражение в мг-экв. Которое потом можно было бы сложить и получить общее эквивалентное значение.

  9. Жесткость воды 22; сухой остаток 1200; железа 5. Есть свой дом и скважина, как защитить котел от жескости??? И надо убирать железо???

  10. Не сочтите за рекламу. Когда такая болшая жёсткость, помочь могут только электронные умягчители. Не магнитные, а именно электронные. Вот только железо они не любят и его нужно удалить перед электронным умягчением.

    • согласен. Пока что это не реклама 🙂

  11. Добрый день! Имею проблемы с кожей из-за жесткой воды в Перми. Какой прибор для смягчения посоветуете поставить в квартире на горячее и холодное водоснабжение для того чтобы жесткость довести до уровня жесткости в Неве?
    Заранее благодарен.

  12. Для подбора оборудования нужно знать точный показатель жёсткости в вашем кране.
    Поскольку вам нужно делать что-то и с горячей водой, нужны или
    а) специальные дорогие умягчители ионообменные на горячую воду
    или б) можно рискнуть с недорогими электронными умягчителями.
    Электронные не всегда делают, что заявляет производитель, но стоят на порядок меньше ионообменных на горячую воду.

  13. Вода со скважины мутноватая серая результаты анализа концентрация водородных ионов РН-7,8
    Содержание натрия и калия 1335,6 мг/дм3
    Содержание кальция 65,1 мг/дм3
    Содержание гидрокарбонатов 515,7 мг/дм3
    Содержание хлоридов 2119,6 мг/дм3
    Содержание Сульфатов 123,8 мг/дм3
    Содержание железа 17,82 мг/дм3
    Содержание нитратов 3,1 мг/дм3
    Общая жесткость 12,75 мг/дм3
    Суммарная минерализация 4275,4 мг/дм3
    Сухой остаток 4280 мг/дм3
    Можно ли использовать такую воду для скота как питьевую, заранее спасибо.

    • Если нет другого выхода, то можно. Я видел, как из Азовского моря (а там состав ещё более солёный) пила собака — и всё нормально, выжила. Также слышал, что коровам воду специально подсаливают, чтобы давали больше молока. Но не знаю, как это скажется на продолжительности жизни коровы. Вероятно, есть возможность комбинировать напой — раз обычную воду, раз сильно минерализованную.

  14. У нас в Бельгии вода очень жесткая (до 40 по франц. шкале) поэтому её смягчение это типичная бытовая проблема которая имеет типовое решение и установлена в большинстве личных домов. Смягчают засыпая мешок соли 25кг примерно раз в два месяца в большой бак с так называемой «смолой» внутри. «Смола» извлекает кальций из вода а соль используется для периодической промывки «смолы». Кажется это называется катионирование.

  15. Все остальные малогабаритные смягчители это фуфло и самообман.

    • Мешок соли в 2 месяца — для нашей страны не очень много. Есть регионы, где умягчители вообще не ставят — вода настолько жёсткая, что после умячгения просто солёная.

  16. что такое «электронные умягчители » при попытке поиска нахожу только электромагнитные

    • То же самое, что электромагнитные.

  17. В инструкции к котлу Vitodens 200-W фирмы Viessmann указано предельное допустимое значение жёсткости 11,2 немецких градусов жёсткости, а в скобках 2,0 моль/м3. Но в соответствии с приведённой в статье таблицей 2.0 моль/м3 соответствует 5,6 немецким градусам. Как это понимать?

  18. 11 немецких градусов — примерно 4 моль/м3. Котёл ошибается.

  19. Жесткость воды. Перевод единиц
    1 ммоль/л (моль/м3) = 2,0 миллиэквивалента = 2 м·экв/л;
    Разве не так?
    vashdom.ru/gost/30465-97/

    • Вполне возможно. Никогда не слышал о миллиэквиваленте — какая-то для меня новая единица измерения. Слышал о миллиграм-эквиваленте, численно равном миллимолю.

      • «Жесткость воды выражают в миллимолях на литр (ммоль/л) или в миллиграмм-эквивалентах ионов Са » » и Mg + в 1 л воды (мг-экв/л).»

        Прим.: Выражают в миллимолях или миллиграмм-эквивалентах, но это же не означает, что они равны. Так? Ну, и далее по тексту:

        «МИЛЛИЭКВИВАЛЕНТ (миллиграмм эквивалент) — тысячная доля грамм эквивалента. Обозначается мг-экв. [c.162]»
        Отсюда: chem21.info/info/8119/

        • Моль на литр — это молярная масса, делённая на литр. Миллиграмэквивалент на литр — это молярная масса, делённая на степень окисления на литр. Эквивалент используется для стандартизации, ведь в воде могут быть не только двухвалентные металлы, но и трёх, одно и т.д. А эквивалентные массы можно адекватно сравнить. Случайность, что ммоль/л и мг-экв/л жёсткости воды отличаются вдвое. Если бы в жёсткость входил аллюминий, отличие было бы другим. Поэтому некорректно говорить, что любые ммоль/л и мг-экв/л отличаются вдвое. Только в случае жёсткости и металлов со степенью окисления 2+.

  20. «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. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.»

    Это где вы такое прочли?

    • Не помню.
      Но факт остаётся фактом: зависимость между жёсткостью, мягкостью и болезнями не доказана.
      А вот между курением и болезнями доказана.

      • Очень интересно узнать ваше мнение по поводу этих двух небольших документов ВОЗ (второй — дополнение к первому):

        protera.by/download_files/nutrienty_v_pitevoy_vode__materialy_voz__4_.doc

        who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/Ca+Mg_consensusrep_ru.pdf

        • Общая идея документов ясна: состав воды может влиять на здоровье. Но вот влият ли и как…
          То, что мне особо бросилось в глаза, цитаты:

          гипотеза о связи потребления жесткой воды с частотой сердечно-сосудистых заболеваний
          В составе воды есть и другие элементы, оказывающее положительное влияние на здоровье, однако имеющихся данных было недостаточно для обсуждения вопроса
          ВОЗ должна дать более детальную оценку биологической правдоподобности гипотезы

          И это только из введения.
          Что касается исследований — они описаны научно некорректно (похоже, это просто компиляция из разных источников, автор доклада исследования не проводил): исследования невозможно воспроизвести. Например: в каком-то городе в России исследовались люди из одного и того же города, пьющие воду с 138 мг/л солей и значительно большим солесодержанием. По словам докладчика, люди, пьющие воду с 138 мг/л солями страдают болезнями сердца значительно чаще. Помимо невоспроизводимости исследований (как определяли, по какой методике и т.д.) это ещё и прямая подтасовка фактов. Может, у людей с более солёной водой не было больницы. Или они к знахарям ходили. Или все вместе йогой занимались. Или там набережная, и они по утрам бегали. Или у людей с меньшим содержанием солей в воде макдональдс рядом, вот и осложнения на сердце. И т.д.
          Также очень важно: в наиболее спорных статьях (про деминерализованную воду и кальций-магний) отсутствует статистическая обработка данных: приведены только выборочные, подтверждающие гипотезы авторов данные.
          Тогда как в статье про наиболее непротиворечивые данные про воду для младенцев статистика приводится — и графики, и таблицы, и доверительные интервалы.
          Самое на мой взгляд важное: спутана корелляция с зависимостью. То, что в городе жёсткая вода и много сердечных заболеваний, не делает это причинно-следственной связью. Этот вывод возможен, если только статистически ИСКЛЮЧЕНЫ любые другие причины, как то курение, алкоголизм, тяжёлые металлы в воздухе, низкий уровень жизни, ожирение и т.д. и т.п. Миллион факторов, которые нереально охватить в описанных исследованиях даже за 50 лет. Так что вывод подтверждает приведённые выше цитаты:
          в этих документах приведена лишь гипотеза.
          А гипотеза — это даже не теория, не говоря уже о закономерности.

          • Согласен с вами, с выводами ВОЗ далеко не все однозначно. Но давайте возьмем две крайности: постоянное потребление дистиллированной воды и регулярное питье высокоминирализированной с воды с сухим остатком, превышающим 1000 мг/л.

            Разве в таких случаях не будет очевидным факт отрицательного влияния на здоровье такой несбалансированной воды? Тут даже исследования не надо проводить, потому как очевидно, что в одном случае будет происходить вымывание из организма нужных веществ, а во втором будет наблюдаться их переизбыток, что, по идее, должно негативно сказаться на организме. Нет?

            Вот весьма убедительные тексты по этому поводу:
            О жесткости: eurolab.ua/encyclopedia/3863/35008/
            О минерализации: eurolab.ua/encyclopedia/3863/35004/
            О жидкостях организма: lib.komarovskiy.net/povest-o-zhidkostyax-organizma.html

            Что думаете по поводу приведенной информации?

          • Лев Александрович Дебаркадер

            Факт неочевиден. Есть город Миргород, где вода мягкая, а солей больше 1500 мг/л. Есть город Херсон, где вода жёсткая и даже солоноватая на вкус. А есть город Киев, где солей 150 мг/л и жёсткость 4-5 мг-экв/л. А есть вода умягчённая, где жёсткость почти 0, а солей в 2 раза больше. Есть вода осмотическая, солей 10-20 мг/л. Так вот, если житель Херсона или Миргорода приедет в Киев, то для его организма перепад солесодержания будет таким же, как если бы киевлянин перешёл на осмотическую воду.
            И ничего, люди живут и здравствуют. И в тех, и в других условиях.
            Согласен, изменения состава воды могут провоцировать уже существующие болезни. Но! Курение (в том числе пассивное) и бутылка пива по вечерам вредят НАМНОГО больше. Кофе и шоколад тоже не сахар.
            Вода — не проблема. Боишься — посолил. Не боишься — ура.
            А вот с курением, алкоголем и другими стимуляторами действительно стоит повоевать.
            Поэтому в тему — антиалкогольный проект Структуризатор спирта

  21. Здравствуйте! Скажите пожалуйста — возможно ли наличии в воде сухого остатка в количестве 1700 мг/литр при общей жёсткости в 0,2 мг-экв/литр? Сделал анализ воды из скважины, дали вот такие результаты, но возникли сомнения, как такие противоречия по сухому остатку/жесткости возможны. Все остальные показатели химического состава воды более чем удовлетворительны.

    • Добрый день. Такой состав воды возможен. Лично видел анализ воды из Миргорода с похожими данными. В воде, скорее всего, много калия, натрия и сульфатов, хлоридов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *