Что таке жесткость воды, ее классификация, как определить жесткость и способы умягчить. Какие соли определяют жесткость воды?

При оценке качества воды необходимо учитывать не только степень жесткости и возможность образования солей, но и коррозионную активность. Правильная оценка помогает выбрать эффективный комплекс мер по очистке воды.

Норма жесткости воды для питья

Вода необходима для правильного функционирования человеческого организма. В природе H2O не встречается в чистом виде; уровень примесей варьируется от источника к источнику. Концентрация солей в водном растворе влияет на срок службы бытовой техники.

Стандарты жесткости воды были установлены для защиты здоровья населения и качества оборудования, используемого в промышленном производстве.

Понятие жесткости воды
Причины жесткости воды
Типы жесткости воды
Общая
Временная (карбонатная)
Постоянная (некарбонатная)
Влияние жесткой воды на здоровье человека
Нормы жесткости воды
Для питьевой
Для технической
Расчет жесткости воды
Способы определения уровня жесткости воды
Методы устранения жесткости воды
Катионирование
Термоумягчение
Реагентное умягчение
Обратный осмос
Электродиализ
Дистилляция
Дополнительная информация

Понятие жесткости воды

Воду получают из открытого или подземного источника. Окружающая почва насыщена различными солями щелочноземельных элементов, в основном кальция и магния (сульфиды, фториды и т.д.). Их содержание в H2O определяет ее твердость.

Причины жесткости воды

Жесткость зависит от количества соединений, добавленных в воду. Основными причинами высокой концентрации примесей являются почва и время года. H2O, образующаяся в богатых кальцием районах, насыщена карбонатом кальция. Органические соединения и соли содержатся в грунтовых водах рек или озер, поскольку отложения минералов и продуктов животного происхождения обогащают водный раствор.

Лед имеет кристаллическую решетку, поэтому при замерзании воды происходит смещение инородных соединений. Концентрация примесей выше зимой, чем весной, потому что растаявший лед содержит меньше солей.

Как образуются соли жесткости

Вода является универсальным растворителем. Состав природных источников варьируется в зависимости от типа почвы. Вода с растворенным в ней углекислым газом проникает в почву, пронизывает слои геологических пород — гипса, доломита, кальцита — размывает их и обогащает органическими и неорганическими веществами, а также ионами металлов. Они формируют общую минерализацию воды (TDS).

Преобладают катионы кальция и магния, а их суммарное значение дает общую жесткость воды. Он подразделяется на два различных типа:

временную (карбонатную);
постоянную (некарбонатную).

Формула для общей жесткости имеет вид:

Карбонатная твердость обусловлена присутствием гидрокарбонатов Ca(HCO₃)₂и Mg(HCO)₃)₂Они легко удаляются из раствора и образуют нерастворимый осадок при кипячении. Второй тип жесткости определяет содержание в воде растворимых солей, которые не могут быть удалены путем нагревания. Для удаления постоянной твердости используются различные методы, которые описаны далее в этой статье.

В отличие от подземных источников, поверхностные воды содержат меньше солей, поскольку постоянно разбавляются осадками. Уровень его твердости непостоянен. Он достигает экстремальных значений зимой и снижается во время паводков. Он более стабилен в грунтовых водах.

Единицы измерения

Концентрация соли измеряется в миллиграмм-эквивалентах на литр: 1 мг-экв/л = 20,04 мг Ca 2+ и 12,16 мг Mg 2+. В международной системе СИ этот показатель выражается численно в молях на метр 3 (моль/м 3 ). Шкала жесткости, используемая в нашей стране, составляет 1 ºC = 1 мг-экв/л или 0,5 ммоль/л.

Степени твердости используются и в других странах, но отличаются своими числовыми значениями:

немецкий градус жесткости 1ºdH = 10 мг/л СаО или 7,194 мг/л MgO;
французский градус 1ºfH = 10 мг/л СаСО₃;
английский 1 ºClark = 14,254 мг/л СаСО₃;
американский 1 gpg = 17,12 мг/л СаСО₃.

Для перевода в другие единицы удобнее использовать другую американскую единицу — PPM, которая эквивалентна 1 мг/л CaCO.₃. Поэтому:

1ºdH = 17,9 ppm;
1ºfH = 10,0 ppm;
1 ºClark = 14,25 ppm;
1º gpg = 17,1 ppm;
1ºЖ = 50,05 ppm.

Пересчет из промилле в твердость ºJ может быть выполнен с помощью конвертера. Для преобразования между градусами можно использовать шкалу:

1 ºG = 2,804 ºdH = 3,5 ºClark = 5,005 ºfH = 2,924 gpg = 50,05ppm.

Нормы жесткости

Вода различается по параметру общей жесткости:

мягкую – до 4 ºЖ;
средней жесткости – от 4 до 8 ºЖ;
жесткую – более 8 ºЖ.

Разнообразие природных условий в России не позволяет установить единые стандарты твердости для всех регионов. Разнообразие природных условий в России затрудняет установление стандартов твердости для всех регионов.

Однако стандарты на питьевую воду не сильно отличаются от рекомендаций ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения). ГОСТ 31954-2012 действует в нашей стране в качестве национального стандарта с 01.01.2014 и учитывает важнейшие международные нормативные документы по качеству воды и аналитическим методам. Стандарт распространяется на все источники подземных и поверхностных вод.

Таблица 1. Нормальные значения концентрации кальция и магния в питьевой воде.

№	Стандарт.	Продукт	Ca, мг/л	Mg, мг/л	Степень, ºДж
1	СанПин_2.1.4.1074-01, ГН_2.1.5.1315-03	Питьевая вода	Не регламентируется	Не регламентируется	7
2	СанПин 2.1.4.1116-02	Бутилированная вода	25-130	5 — 65	1,5-7
3	Нормы ВОЗ	Питьевая вода	20-80	10 — 30	Не предлагается

Как умягчить воду? Способы устранения жесткости. Как сделать жесткую воду мягкой?

Состав воды регулируется шкалой жесткости, которая зависит от предназначения воды:

допустимый показатель для водопроводной воды – 300 ppm или 6 ºЖ;
оптимальное значение для природных водоемов – в пределах 400 ррm или 8 ºЖ;
предельно допустимый уровень жесткости – 500 ppm, 10 ºЖ;
концентрация солей, представляющая опасность для жизни – более 500 ррм,>10 ºЖ.

Особенно строгие требования предъявляются к воде, питающей котлы электростанций — значение общей жесткости не должно превышать 0,05-0,1 мг-экв/л.

Единицы измерения жесткости воды

Жесткость воды в цифрах — это концентрация ионов кальция и магния. Международная система единиц рекомендует измерять твердость в молях на кубический метр, но на практике используются более удобные единицы.

В России жесткость измеряется в градусах (1°Ж) — миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л или мэкв/л).

1°Ж = 1 мг-экв/л. Для сравнения: 1°Ж = 2,8 dH (Германия).
1 мг-экв/л = 20,04 мг Ca2+ или 12,16 мг Mg2+ в литре воды.

Таблица жесткости

Природа воды	Жесткость в мг-экв/л	Степень dH
Очень мягкая	до 1,5 мг-экв/л	0–4°
Мягкая	1,5–3 мг-экв/л	5–8°
Средней жесткости	3–8 мг-экв/л	9–12°
Жесткая	8–12 мг-экв/л	13–22°
Очень жесткая	выше 12 мг-экв/л	23–34°

Норма жесткости

Вода делится на 3 класса жесткости (принимают градусы «природной» жесткости, °H):

мягкая: до 3°Ж
средняя по жесткости: 3–6°Ж
жесткая:>6°Ж

Согласно санитарным нормам, жесткость водопроводной воды не должна превышать 7 мг/экв/л.

На практике даже средняя твердость вызывает значительный дискомфорт. Всего 4-5°C дают о себе знать: Он оставляет накипь на чайнике и пленку на напитках, накипь на раковине и белые пятна на посуде, он «забивает» сливной кран и душевую лейку.

Нормы жесткости для воды

Стандартизация определяется документами по стандартизации. Точные данные получают путем тестирования образцов в аккредитованных лабораториях, санитарно-эпидемиологических станциях. Для регистрации лабораторных измерений были введены международные единицы измерения жесткости воды:

моль/м 3 — количество молей на кубический метр жидкости;
мг-экв/л — миллиграмм-эквиваленты на кубический дециметр (на 1 литр);
°Ж — градус жесткости.

Измеряемой единицей жесткости воды является 1 мг-экв/л, что эквивалентно 1/2 миллилитра на литр. Допустимые значения для ионов кальция и магния отличаются: для Са2+1°Ж = 20,04, для Mg2+1°Ж = 12,16 мг/л (примечание: эти значения используются в формуле расчета, см. ниже в тексте*).

Структура воды может быть мягкой, средней или жесткой. Мягкая вода — это дистиллированная вода, кипяченая вода, дождевая вода, талая вода. Вода с умеренной степенью жесткости поступает из систем центрального водоснабжения. Артезианская вода и родниковая вода также имеют умеренную степень жесткости. Вода из соленых водоносных горизонтов, которую приходится опреснять, считается высокожесткой. В таблице приведены концентрации соли в различных единицах измерения.

Предельно допустимое содержание солей жесткости в воде

Степень жесткости воды	Показатель в мг-экв/л	Показатель в °Ж	Показатель в ppm
Слишком мягкая	до 1,5	до 1-1,5	0-70
Мягкая	1,5-4	1,6-4	71-140
Среднежёсткая	5-8	5-12	141-210
Сильножёсткая	9-12	13-22	211-320
Сверхжёсткая	свыше 12	23-34	321-530

Нормы жесткости для питьевой воды

СанПиН дает значения, которые меняются в зависимости от применения водных растворов. Жесткость воды по ГОСТУ также корректируется в зависимости от типа и назначения жидкостей:

Для обычной сетевой водицы определяется концентрация магния (до 50 мг/л).
В бутилированной учитываются показатели Ca = 25-130 и Mg = 5-65 мг/л.
Для воды, использующейся в хозяйственно-питьевых целях ПДК питьевой воды по жесткости не должно превышать 350 мг/л (7-10 мг-экв/л или 1-1,5 грамма на литр).
Для напитков высшей категории нормой является Жо=1,5-7, для первой не более 7 мг-экв/л.
По ВОЗ-нормативам в питьевой водице допустимо 10-30 мг магния и 20-80 мг кальция на 1 литр.
Общая жесткость для питьевой воды по EC не выше 1,2 мг-экв/л.

Нижние пределы значений жесткости для питьевой воды устанавливаются нормативными документами. В обычной воде должно присутствовать небольшое количество солей. Кальций полезен для организма, а его микроэлементы лучше усваиваются из напитков, чем из пищи. Массовая концентрация кальция в питьевой воде должна быть не менее 0,12, магния — не менее 0,04, а сульфата и хлорида — не менее 2 мг/дм3. Мягкая вода вымывает кальций из организма, что имеет неприятные последствия — разрушаются кости и зубы. Слишком жесткая вода вызывает образование камней в организме и нарушает работу выделительной системы. Соленая вода оказывает разрушительное воздействие на водопроводные системы, забивает стенки труб отложениями и увеличивает расходы на отопление.

Если вода содержит больше солей жесткости, чем предписано стандартами, ее необходимо очистить до приемлемого уровня. В таблице приведены концентрации солей на шкале жесткости в промилле.

Как установить оголовок для скважины – теория и практика. Как установить оголовок на скважину.

Шкала жесткости

Концентрация солей	Величина в ppm (в промилле или мг/л)
Представляющая опасность для жизни	свыше 500
Предельно допустимая	500
Средний показатель вод, добываемых из природныхводоемов	400
Допустимое значение воды, подающейся из водопровода	300
После прохождения угольных фильтров	170
После очистки системой обратного осмоса	0-50

Нормы жесткости для технической воды

Насколько жесткой должна быть вода в котле — правило определяется отдельно для котлов с разным давлением:

до 1,4 МПа (14 кгс/см 2 ) = 15-20;
2,4 МПа (24 кгс/см 2 ) = 10-15;
3,9 Мпа (40 кгс/см 2 )= 4-10 мкмоль/дм 3 (мкг-экв/дм 3 ).

Первая (нижняя) цифра — для котлов, работающих на жидком топливе, с тепловым потоком более 350 кВт на квадратный метр. Вторая (более высокая) цифра относится к котлам, работающим на других видах топлива с тепловым потоком до 350 кВт/м2 .

ГОСТ по определению жесткости воды указывает, какие параметры являются допустимыми:

для электронного производства,
для гальваники,
для энергетики,
для медицинских процессов,
для подпиточной и добавочной воды для котлов.

Питьевая вода разной степени жесткости распределяется отдельно: дистиллированная вода, сетевая вода, бутилированная вода. Значения для солей железа рассчитываются отдельно.

Как определить жесткость воды в лаборатории

Вода должна иметь оптимальную степень жесткости, так как отсутствие солей вредно для человеческого организма. Например, если в воде содержится слишком мало карбонатов, это может привести к сердечно-сосудистым заболеваниям.

Что касается емкостей, в которых нагревается вода, то мягкая вода способствует коррозии. По этой причине после работы приборов с мягкой водой в отопительной промышленности поверхности дополнительно обрабатываются раствором, содержащим вещества, замедляющие этот процесс.

Поэтому вода, независимо от того, из какого источника вы ее получаете, имеет определенное значение жесткости, а в идеале — среднее, потому что как избыток солей, так и их недостаток приводят к определенным последствиям.

Сегодня определить жесткость воды не составляет труда. Вы можете приобрести специальное оборудование для проверки жесткости воды как дома, так и на работе. Лучший вариант — прибор TDS-3, на рынке можно найти под разными торговыми марками.

Для определения жесткости воды можно использовать еще один прибор — электролит. Это довольно недорогое устройство.

Электролит не способен определить жесткость воды в цифрах, но окрашивает жидкость в зависимости от содержания соли. После электролиза по цвету воды можно определить, с какими примесями вы имеете дело.

Вы можете сделать такое устройство самостоятельно, воспользовавшись этим:

нержавеющую сталь, размер 50 х 50 см;
болты М6 х 150;
шайбы;
гайки;
прозрачную трубку;
штуцеры;
пластиковый контейнер объемом полтора литра;
фильтр для очистки воды;
обратный клапан для воды.

Основой для будущего устройства послужит лист нержавеющей стали, в идеале AISI 316L, если импортная, и 03Х16Н15М3, если отечественная.

Теперь нержавеющую сталь нужно разметить и разрезать на 16 квадратов одинакового размера, у каждого из которых срезать угол и просверлить в противоположном углу отверстие, которое пригодится позже. Принцип действия электролита заключается в передаче электричества от пластины с одним зарядом к пластине с противоположным зарядом, расщепляя воду на кислород и водород.

Чтобы создать хороший ток, пластины подключаются поочередно: сначала положительная нагрузка, затем отрицательная, потом снова положительная и т.д. Для изоляции используется труба, из которой необходимо вырезать кольцо, чтобы получить полосу толщиной 1 мм.

Шайбы нужны для сборки пластин: одна шайба накручивается на болт, затем одна пластина и три шайбы, затем еще одна пластина и так далее. В каждом грузе должно быть восемь пластин. Все это нужно делать очень осторожно, чтобы кусочки пластины не соприкасались с электродами.

Как определить жесткость воды с помощью мыла

Этот метод был описан И. Шереметьевым. Он основан на сложности намыливания мыла для стиральной машины в жесткой воде. Мыльный налет образуется, когда мыло связывает избыток солей кальция и магния.

Вот как можно определить жесткость воды: возьмите 1 г стирального мыла, измельчите его и постепенно и осторожно растворите в небольшом количестве горячей дистиллированной воды без образования пены.

Перелейте полученный раствор в цилиндрический стакан и теперь добавьте дистиллированную воду до высоты 6 см для содержания мыла 60 % или 7 см для содержания мыла 72 % (этот процент указан на мыльной пластинке). На каждый см раствора приходится количество мыла, которое может связать соли жесткости, 1dH на 1 литр воды. Теперь возьмите литровую емкость и заполните ее наполовину водой, жесткость которой вы хотите определить. Постоянно помешивая, постепенно вливайте приготовленный раствор. Сначала видны только темные хлопья, затем появляются цветные пузырьки. Если образуется плотная белая пена, это означает, что все соли жесткости связаны в исследуемой воде. Теперь посчитайте, сколько сантиметров приготовленного раствора мы влили — каждый сантиметр связал количество солей в половине литра воды, что соответствует 2°dH, т.е. если для получения пены нужно было добавить 4 см мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды соответствует 8°dH.

Подвод воды из скважины в частный дом своими руками. Как завести воду в дом из скважины?

Если раствор готов, но пена не образуется, жесткость воды превышает 12°dH. Чтобы определить требуемое значение, повторите тест, но дважды разбавьте воду для теста дистиллированной водой. Результат повторного теста нужно умножить на два — это и есть значение жесткости воды.

Стандартные очки обычно имеют следующие размеры: Объем 200-250 мл, высота 10 см, диаметр по дну 55 мм или более, диаметр по верху 73 мм. Таким образом, его средний диаметр составляет около 63 мм. Более точно определить жесткость воды можно с помощью цилиндрического стакана диаметром около 6 см. Конечно, можно использовать и коническую чашку, но тогда погрешность будет больше. Следует отметить, что абсолютной точности от этого метода ожидать не стоит, но точности в 1-2 °dH вполне достаточно для определения состояния воды. Эта погрешность в основном обусловлена разницей между верхним и нижним диаметрами емкости с мыльным раствором, а также зависит от качества мыла, дистиллированной воды и вашего опыта в проведении данного анализа.

Этот метод очень прост и позволяет самостоятельно определить жесткость воды, поэтому такая небольшая погрешность в определении этого значения не должна удерживать вас от его использования.

Как еще определить жесткость воды в домашних условиях

На самом деле, определить жесткость воды несложно. Если вам нужны точные данные, вы всегда можете отправить образец в лабораторию для анализа. Лучшим методом определения жесткости воды является тестирование с помощью реагента Trilon B. Также можно получить быстрые результаты с помощью специального оборудования, которое стоит не менее 10-15 у.е. Это не такая уж большая сумма, если вам приходится часто контролировать ее в домашних условиях.

Если у вас нет такого прибора, но вам необходимо срочно определить жесткость воды, вы можете воспользоваться следующим методом. Просто возьмите брусок мыла и умойте им лицо — если пена не образуется и кожа высыхает, а на душевой лейке или чайнике образуется налет, значит, вода жесткая. Если наоборот, вода мягкая или умеренно жесткая.

Существуют и другие способы определения величины твердости:

Наиболее доступный метод предполагает определить качество воды по внешнему виду и вкусу. В идеале она прозрачная, не имеет осадка и постороннего запаха.
Чтобы определить, насколько вода чистая, ее нужно налить в прозрачный чистый стакан на 20 см и поставить на лист с текстом. Если сквозь воду текст получится прочитать, то этот показатель в норме.
Цвет воды можно определить подобным образом, только налить нужно 100 мл воды в стакан и поставить его на белую бумагу. Если в воде присутствуют примеси органики, жидкость темнеет.
По запаху можно определить чистоту жидкости. Нагрейте воду до 20°С, затем – до 60°С. Если вы замечаете неприятный гнилостный запах, значит, в ней есть примеси сероводорода.
Вкус также позволяет определить некоторые качества. Для этого налейте воду в чистую посуду, прокипятите небольшой объем воды в течение пяти минут, после чего остудите до 20°С–25°С, теперь попробуйте. Сладковатый вкус свидетельствует о содержании в ней гипса, горький – соли магния, терпкий – соли железа. Гнилостный вкус появляется от попадания в воду растительных или животных организмов. Профильтровав, можно определить наличие твердых примесей, но предварительно воду нужно отстоять в течение некоторого времени.
Попробуйте капнуть воду на стекло или зеркало. После того как жидкость испарится, изучите поверхность: если она осталась чистой – вода также чистая. Наличие пятен – явный признак плохого качества воды. Присмотритесь к аквариуму, если он у вас есть, его обитатели обычно очень чувствительны к качеству воды.

Приведенные выше методы не позволяют точно определить жесткость и качество воды, поэтому следует обратиться к профессионалу.

Если вы проводите тест на жесткость в своем доме, даче или квартире, лучше всего сделать тест, потому что количество магния и кальция в воде может зависеть от ряда факторов.

Вы тратите много денег на тест, но точно знаете, насколько эффективен купленный вами фильтр.

Существует множество российских компаний, разрабатывающих системы очистки воды. Если вы полагаетесь только на себя, трудно выбрать правильный фильтр. Создание собственной системы очистки воды в домашних условиях, даже если вы предварительно немного об этом прочитали, не является особенно эффективным способом очистки воды.

Это скорее