Жесткость воды: воздействие на здоровье и сантехнику. Чем обусловлена жесткость воды.

Вкуса, запаха и прозрачности достаточно для домашнего тестирования, но если есть сомнения, лучше обратиться в профессиональную лабораторию.

Что такое жесткость в воде

Проблемы очистки воды дома и на работе можно решить с помощью различных методик и специального оборудования. Ответ на вопрос, насколько высока жесткость воды и как ее можно снизить до приемлемого уровня, является одним из самых сложных и трудных вопросов, даже при наличии доступных систем фильтрации. В то же время высокий уровень растворимых солей оказывает негативное влияние на здоровье человека, бытовые приборы и очистное оборудование.

Жесткость воды — это показатель качества, который во многом определяет физико-химические свойства воды и ее применение. В данной статье рассматриваются причины этого явления и освещаются различия в параметрах жидкости в зависимости от концентрации солей. В ней также изложены требования к жидкости и объяснены существующие методы умягчения для бытового и профессионального использования.

Что такое жесткость воды

Оксид водорода (вода) является самой распространенной жидкостью на Земле и обладает уникальными свойствами растворителя для многих химических элементов и соединений. Термин жесткость воды трактуется в определении как количественная мера концентрации щелочноземельных солей и других металлов. В основном это соединения кальция и магния.

Термин «общая жесткость воды» возник на основе наблюдений за состоянием текстиля после стирки. Особая структура ткани, состоящая из отдельных веществ, позволяет накапливаться вышеупомянутым солям металлов. Если их содержание велико, ткань становится жесткой и грубой. Было установлено, что высокие концентрации этих соединений могут значительно снизить эффективность моющих средств.

Жесткость воды включает в себя соли кальция и магния, которые приводят к образованию отложений на внутренних поверхностях нагревателей и теплообменников. Это, в свою очередь, снижает эффективность и экономичность систем отопления. В некоторых случаях трубы буквально забиваются, так что их уже невозможно использовать по назначению. Вы даже можете узнать, является ли вода жесткой в вашем доме!

Основные причины образования жесткости воды

Это связано с тем, что данная жидкость является универсальным растворителем, который при контакте с почвой и минералами насыщается содержащимися в ней веществами и химическими соединениями. Чтобы ответить на вопрос о жесткости воды и ее причинах, необходимо указать на основные источники солей щелочей и металлов:

• Для подземных источников — это пласты известняка, сквозь которые просачивается жидкость.
• Для открытых водоемов и приповерхностных слоев — это геологические породы: природный гипс, доломит и другие.
• Ионы кальция и магния насыщают воду в результате химических реакции диоксида углерода и некоторых минералов.
• Микробиологические процессы в грунтах и на сельскохозяйственных угодьях в районах водосбора.

Помимо естественных причин, повышенное содержание ионов жесткости в воде обусловлено и техническими причинами. Промышленные, строительные и коммунальные сточные воды содержат различные загрязняющие вещества. Это приводит к вторичному загрязнению водоемов и водоносных горизонтов.

Естественные процессы химической эрозии горных пород и антропогенные факторы определяют параметры жесткости питьевой или технической воды. Эти показатели варьируются от источника к источнику и подвержены постоянным изменениям:

• Повышаются в результате испарения влаги с открытых поверхностей водоемов.
• Снижаются при выпадении атмосферных осадков, таянии льдов и снега.

Высокое содержание извести в воде — это жесткость, которая в основном имеет природное происхождение и характерна для источников подземных вод, включая артезианские источники. Минеральный элемент выщелачивается потоками жидкости из геологических пластов по мере их проникновения вглубь земной коры. Затем этот раствор пополняет водный баланс открытых источников через родники и колодцы.

Происходит постоянный круговорот, и жесткость воды в определенной степени зависит от времени года. Весной, во время снеготаяния и активных дождей, она значительно снижается, в другое время, особенно в сухой сезон, она повышается.

Жесткость воды: воздействие на здоровье и сантехнику

Жесткость воды — одно из важнейших свойств, которое имеет большое значение для водопользования. Когда вода содержит ионы металлов, образующие соли жирных кислот, нерастворимые мылом, ее трудно вспенить при стирке одежды или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно влияет на трубы системы отопления, что может привести к образованию солей. По этой причине в воду необходимо добавлять специальные «смягчающие химикаты».

Жесткость воды вызывается растворимыми и нерастворимыми солями металлов, в основном кальция (Ca2+) и магния (Mg2+). Кроме указанных солей, в воде также присутствуют стронций (Sr2+ ), цинк (Zn2+ ) и т.д., но в природных поверхностных и подземных водах в заметных концентрациях присутствуют только катионы кальция и магния.

Общая жесткость воды, т.е. общее содержание растворимых солей кальция и магния, называется «общей жесткостью». Поскольку соли жесткости представляют собой соли различных катионов с разным молекулярным весом, концентрация солей жесткости или жесткость воды измеряется в единицах эквивалентной концентрации — г-экв/л или мг-экв/л.

Вода с жесткостью до 4 миллиграмм-эквивалентов на литр считается мягкой; от 4 до 8 миллиграмм-эквивалентов на литр — умеренно жесткой; от 8 до 12 миллиграмм-эквивалентов на литр — жесткой; выше 12 миллиграмм-эквивалентов на литр — очень жесткой.

Жесткость поверхностных и подземных вод варьируется в различных регионах России: преимущественно мягкие воды географически приурочены к районам на севере европейской части России и в Восточной Сибири. В центре и на юге европейской части России и в южных районах Западной Сибири вода преимущественно жесткая. В природных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, вызывающие жесткость, попадают в воду в результате взаимодействия растворенного углекислого газа с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Эти ионы также поступают в результате микробиологических процессов в почвах водосбора, из почвенных отложений и сточных вод различных отраслей промышленности. Различные типы горных пород на водосборной площади и связанные с ними свойства почвы непосредственно ответственны за различия в жесткости воды в регионах нашей страны.

Воздействие жесткости на организм

Поиски причинно-следственной связи между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями увенчались успехом. В нескольких исследованиях была обнаружена статистически значимая, хотя и не сильная, обратная связь между жесткостью воды и частотой сердечных приступов. Поскольку в других исследованиях такой корреляции обнаружено не было, предполагается, что патогенным фактором могут быть не сами соли жесткости, а другие микроэлементы, связанные с ними. Что касается других проявлений вредного воздействия жесткой воды, то статистическими исследованиями установлено и экспериментально подтверждено их влияние на возникновение мочекаменной болезни. Прямой зависимости между жесткостью воды и возникновением мочекаменной болезни не существует. Решающую роль играют другие сопутствующие факторы, особенно состояние метаболизма неорганических компонентов в организме человека, пьющего жесткую воду. Высокое содержание солей кальция и магния в питьевой воде является фактором риска развития мочекаменной болезни.

Воздействие повышенной жесткости воды на оборудование и санитарно-технические средства, контактирующие с водой, приводит к следующим последствиям:

• в водопроводных трубах и радиаторах отопления образуются известняковые отложения (что уменьшает поперечный просвет труб системы отопления и ухудшает ее теплообменную функцию);
• на нагревательных элементах бытовых электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электрочайников и др.) образуется известковый налёт;
• жёсткая вода непригодна для использования в пищевом и химическом производстве;
• при стирке жёсткой водой сложно достигнуть эффекта отбеливания, невозможно качественно отполоскать бельё, что приводит к потере исходного цвета ткани: белые ткани приобретают сероватый оттенок, цветные – тускнеют.

Жесткость воды, вызванная отложением осадка, оказывает негативное влияние на котельные системы. В России к котлам электростанций, электростанций и промышленных котельных применяются жесткие требования по жесткости воды. Поэтому система умягчения воды является обязательной.

Способы умягчения воды

Умягчение воды может осуществляться следующими основными способами:

1. реагентным;
2. катионитовым;
3. термиче­ским.

Часто рекомендуется комбинировать эти методы, удаляя часть солей жесткости реагентным методом, а остальную часть — катионным обменом, или использовать реагентный метод в сочетании с термическим методом умягчения.

Из реагентных методов умягчения наиболее широко используется содово-известковый метод. Он заключается в преобразовании растворенных солей Ca 2+ и Mg 2+ в малорастворимые CaCOZ и Mg(OH).₂которые выпадают в осадок.

Катионообменный метод умягчения воды заключается в фильтрации жесткой воды через мелкозернистую шихту из определенных веществ (дисульфид углерода, синтетические смолы). Эти вещества способны обменивать катионы натрия Na+ или содержащийся в них водород H+ на катионы кальция Ca 2+ или магния Mg 2+ растворенных в воде солей жесткости. Поэтому различают катионный обмен Na и катионный обмен H.

Когда обменная емкость катионообменника исчерпывается, заряд катионообменника регенерируется. Катионообменники Na регенерируются раствором хлорида натрия NaCl, а катионообменники H регенерируются раствором H₂SO₄или гидрохлоридом HCl.

Вода после Na-катионитовых фильтров обычно имеет повышен­ную щелочность (рН>7), а после Н-катионообменников — повышенная кислотность (рН<7). В первом случае можно дополнительно под­кислить воду, во втором — применить подщелачивание.

Термический метод умягчения воды подходит в тех случаях, когда вода предназначена для питания паровых котлов, испарителей и парогенераторов. При этом методе вода нагревается до 105 — 120 °C, что полностью удаляет карбонатную жесткость воды.

В настоящее время для умягчения бытовой воды чаще всего используются системы обмена катионных смол. Благодаря относительно компактной конструкции, длительному сроку службы и простоте «дозаправки» при израсходовании смоляного наполнителя бытовые системы являются оптимальным выбором для квартиры или загородного дома.

На что влияет жесткость?

Причины, по которым этот показатель стандартизирован в ГОСТе, гораздо серьезнее, чем простое бытовое неудобство. Специалисты давно отметили, что вода должна иметь строго определенный состав солей жесткости. Как слишком высокая, так и слишком низкая концентрация крайне опасна. Если концентрация высока, то последствия жесткой питьевой воды:

• возникновение мочекаменной болезни;
• костные и суставные нарушения;
• желчнокаменная болезнь;
• сыпь;
• разрушение естественного жирового слоя на поверхности кожи;
• дисбактериоз;
• нарушение перистальтики кишечника;
• перхоть;
• зуд;
• проблемы с сердцем и сосудами.

Однако низкая жесткость также вредна. Она приводит к вымыванию ценных солей из организма. Этот факт подтверждается как статистикой, так и исследованиями в разных странах. Однако недостатки слишком жесткой воды касаются не только питьевой воды. Давно известно, что слишком жесткая вода нарушает работу бытовых приборов, водонагревателей и сантехники. Однако слишком мягкая вода также опасна в промышленности, технике и быту. Несколько исследований показали, что коррозия металлических труб гораздо сильнее при низком содержании щелочи.

По этой причине компании и поставщики энергии обычно стараются сбалансировать химический состав воды. Для садоводства, мытья полов, уборки дворов и дорог, а также для пожаротушения степень жесткости, конечно, не имеет решающего значения. Однако высокая степень жесткости, безусловно, важна:

• повышенному расходу моющих и чистящих средств;
• формированию мыльных шлаков, не удаляемых водой;
• образованию накипи;
• реакциям минеральных солей с полезными веществами, формирующим ненужные промежуточные продукты (очень важно не только в промышленности, но и в лабораторных анализах или аналоговой фотографии).

Виды

Общая

Этот пункт классификации объединяет временную и постоянную жесткость. Постоянная твердость рассчитывается на основе содержания сильнокислых солей. Они не образуют солей и постоянно находятся в растворе. Временная твердость обусловлена наличием других веществ, которые покидают жидкость и гораздо лучше переходят в твердую фазу. Они могут почти полностью переходить в это состояние:

• накипи;
• осадка, напоминающего хлопья;
• пленки на поверхности воды.

Карбонатная

Так называется твердость, вызванная солями кальция и магния. При кипячении они выпадают в осадок и выделяют углекислый газ. Если правильно прокипятить жидкость, можно почти полностью избавиться от карбонатов. Наиболее радикальным решением проблемы является получение дистиллированной воды. Однако у этого подхода есть свои проблемы.

Некарбонатная

Такое явление часто называют постоянной жесткостью. К веществам, которые ее вызывают, относятся:

• фосфаты;
• силикаты;
• сульфаты;
• хлориды;
• нитраты.

Эти виды солей не разлагаются, сколько бы их ни кипятили. Эта проблема решается совершенно по-другому. Постоянная жесткость природных вод — морских и океанических, а в некоторых случаях грунтовых и внутренних вод — значительно затрудняет их использование. Некарбонатная жесткость — это разница между общей жесткостью и карбонатной жесткостью. Жесткость водопроводной воды составляет не менее 1,5 и не более 2,5 мг на 1 литр.

Качество котловой воды, используемой в различных котельных системах, регулируется гораздо более детально по веществам и всегда учитывает технологию.

Степени

Свойство жесткости может быть представлено тремя типами значений — градусами, миллиграммовыми эквивалентами и самим эквивалентом. Например, особо мягкий вариант означает оценку порядка:

• не более 4 градусов;
• или максимум 1,5 эквивалентных мг;
• или не более 70 единиц ppm.

Вместо этого вода классифицируется как умеренно жесткая:

• с показателем от 9 до 12 градусов;
• с содержанием солей не менее 4 и не более 8 эквивалентных мг;
• с общим эквивалентом от 140 до 210 ppm.

Самая жесткая вода классифицируется между 23 и 34 градусами. Содержание норгановых соединений в ней составляет не менее 12 мг эквивалента. Значение ppm составляет не менее 210 единиц. Наибольшее измеренное значение составляет 320 единиц.

На практике, конечно, преимущественно используется более мягкая вода.

Какой бывает жёсткость

Существует несколько типов жесткости, всего 3. Эти типы различаются по составу воды: химический и физический состав имеет некоторые особые характеристики.

Рассмотрим все три известных типа:

• Временная, которую также называют карбонатной. При ней в составе обнаруживаются гидрокарбонаты и карбонаты Mg и Ca. Временную жёсткость устраняют методом кипячения. При нагреве соли магния и кальция с выделением углекислого газа выпадают в осадок, который можно удалить механическим путём – фильтрацией воды.
• Постоянная, которая также имеет название некарбонатной. При ней в составе присутствуют иные соли металлов, например, сульфаты, нитраты, фосфаты, хлориды, силикаты, а также некоторые кислоты. Избавиться от постоянной выявленной жёсткости воды не так просто. При кипячении перечисленные соли осадок не образуют. Удаление осуществляется другими методами.
• Общая – суммарное значение временной и постоянной жёсткости воды. Данный показатель характеризует содержание всех солей щелочноземельных металлов, включая карбонаты, сульфаты, гидрокарбонаты, фосфаты. Общую жёсткость воды, как и постоянную, невозможно понизить одним лишь кипячением. Для нормализации уровня применяют более сложные, эффективные и современные методы.

Измерение

С января 2014 года в России действует ГОСТ, в котором для измерения жесткости воды используются градусы жесткости — °Ж. Однако на практике используются другие единицы — моль/м3 (моль на кубический метр) и мг-экв/л (миллиграмм-эквивалент на литр). В других странах также используются другие формы, например, немецкая или французская степень жесткости.

Степень твердости — это концентрация солей щелочноземельных металлов, выраженная в ½ миллимоля на литр или 1 мг-экв/л. Кроме того, результаты измерений могут содержать концентрации, выраженные в единицах массы, а не в единицах объема. Это связано с тем, что плотность воды изменяется в зависимости от некоторых факторов, таких как растворенные газы или высокая температура.

Полезная информация! Значение жесткости в 1 мг-экв/л соответствует 20,04 мг ионизированного свободного кальция Ca2+ или 12,16 мг магния Mg2+.

Нормы и возможные концентрации жёсткости воды

Норма жесткости для питьевой воды в Российской Федерации составляет не более 7 градусов или мг-экв/л. Если значение выше, то жидкость уже не пригодна для питья, приготовления пищи и других целей, включая бытовое использование.

Вода делится на различные типы:

• Очень мягкая. Значение жёсткости – до 1,5 °Ж.
• Мягкая. Жёсткость может составлять от 1,5 до 4 мг-экв/л.
• Средней жёсткости. Показатель равен от 4 градусов до 8.
• Жёсткая. Концентрация солей магния и кальция составляет от 8 мг-экв/л до 12.
• Очень жёсткая. Такой вода считается, если её жёсткость больше 12 °Ж.

Самое высокое содержание солей жесткости часто встречается в подземных источниках воды. Обычно это значение составляет около 8-10 °J. В океанах оно составляет около 65-70 мг/экв/л, а в морях еще выше — до 130 мг/экв/л. Самая низкая концентрация солей магния и кальция наблюдается в северных регионах.

Важно! Вода, которая одновременно слишком жесткая и слишком мягкая, не является полезной. Жесткость менее 1,5 мгк нарушает кислотно-щелочной баланс. Это может увеличить риск коррозии водопроводных труб. Она также не подходит для мытья с мыльным раствором.

Как измерить и понять, допустимая или повышенная жесткость – способы

Мы представляем три варианта:

• Наиболее точный – заказать лабораторный анализ. Во время пристального изучения будет произведен разбор на химические вещества, поэтому справка не только покажет общий показатель, но и конкретное содержание микроэлементов – какие и в каком объеме присутствуют в образце. Необходимо делать такую экспертизу владельцам частных домов при оборудовании скважины или колодца и заказе фильтрационной системы.
• Быстрый и доступный каждому. Для этого стоит приобрести тестер в виде бумажной полоски. Его нужно опустить в жидкость, подождать указанный период, а затем определить цвет индикатора. Дело в том, что на активную части нанесен реагент, который вступает в реакцию и показывает количество примесей. Минус в сложности интерпретации и достаточно неточных результатах.

• Домашний химический опыт. В два одинаковых мерных стакана следует нарезать по одному грамму хозяйственного мыла 72%. Затем залейте их подогретой водой – в одну емкость дистиллированной, во вторую водопроводной. В первом бокале будет уровень 7 см. А во втором – остановитесь вливать жидкость в тот момент, когда появится мыльная пена. Затем измерьте разницу влитой влаги. Каждый 1 см раствора соответствует двум °dH.

Какая должна быть оптимальная жесткость воды – норма

Поскольку единых единиц измерения не существует, нет и стандартов для всего остального мира. Однако в России в 2014 году были введены строгие стандарты, которые определены в ГОСТ 31865-2012. В нормативном документе показатель приводится в градусах и обозначается как °Дж. Он соответствует одному мг-экв/л. Рассмотрим таблицу норм, принятых в нашей стране и в Америке

пределы в России, в мг-экв/л.

Как видите, российские требования гораздо мягче. По этой причине бытовая техника, произведенная в Америке, соприкасается с нашими трубопроводами гораздо меньше, чем в нашей стране.

Если сравнивать европейские показатели на примере Германии, то мы сталкиваемся с той же проблемой — у нас очень гибкие рамки среднего качества. Поэтому практически любая водопроводная вода подходит под стандарт.

Но пить такую жидкость просто небезопасно. Поэтому не стоит полагаться на государственные стандарты, позаботьтесь о здоровье своих домочадцев сами. Обратитесь в компанию «Домашняя вода», которая предлагает комплексную услугу по установке системы фильтрации.

Нормы для питьевой воды

Этот показатель регламентируется не столько ГОСТом, сколько Всемирной организацией здравоохранения и СанПиНом. Согласно рекомендациям ВОЗ, в одном литре питьевой воды не должно содержаться более 30 мг магния и 80 мг кальция. Однако СанПиН 2.1.4.1074-01 предписывает до 50 мг магния, а содержание солей кальция не нормируется. Зато указана общая жесткость — до 7 градусов.

SF-mix Clack до 0,8 м3/ч

SF-mix Runxin до 0,8 м3/ч

SF-mix ручной до 0,8 м3/ч