Тверда вода

Твердість — це найбільш поширена проблема якості води. Терміном «тверда» почали характеризувати воду, коли після прання із застосуванням звичайного мила на основі жирних кислот, білизна ставала жорсткою.

Твердістю називають сумарну кількість розчинених іонів лужноземельних металів, зазвичай враховують кальцій Сa²⁺ і магній Mg²⁺, оскільки вони становлять не менше 98-99% всіх сполук. У меншій мірі за неї відповідають Берилій, Стронцій і Барій. Ці метали відносяться до групи важких, тому окремо нормуються більш жорсткими нормативами.

Показники твердості води

Чисельно твердість представляється, як сума концентрацій магнію і кальцію. Одиниця, яка рекомендована в системі СІ для вираження цього показника - це моль на кубічний метр (моль/м³), але, в Україні частіше використовують міліграм-еквіваленти на літр (мг-экв/л). Таблицю для конвертації значень можна знайти тут.

У слабомінералізованних водах висока кальцієва твердість. З ростом мінералізації вміст іонів кальцію швидко знижується, і зазвичай не перевищує 1 г/л. Вміст іонів магнію в високо мінералізованих - може досягати декількох грамів, а в солоних - декількох десятків грамів.

У таблиці наведена класифікація вод за показником твердості.

Види твердості

1. Тимчасова або карбонатна отримала свою назву тому, що видаляється при кип'ятінні і складається в основному з карбонатів і гідрокарбонатів кальцію і магнію — Са(НСО₃)₂ и Mg(НСО₃)₂.

Їх розчинність обернено пропорційно залежить від температури. Це означає, що чим вища температура, тим нижча розчинність. Відповідно, при підвищенні температури рівновага системи зсувається в бік утворення осаду і як наслідок отримуємо вапняний наліт і накип.

2. Постійна твердість утворюється сульфатами і хлоридами лужноземельнх металів, до них відносяться - CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂.

Така вода не утворює оcадів, але при цьому цей параметр важливий для деяких технологічних операцій.

Звідки вона береться?

Основним шляхом надходження іонів кальцію і магнію є натуральні мінерали: доломіт, кальцит, воластоніт тощо. Вода рухається крізь шари, що містять ці породи та вимиває певну кількість мінералів. Тому вся природна вода містить солі твердості.

Також бувають антропогенні джерела, так - аномальну твердість мають стоки хімічних виробництв, в результаті видобутку бурштину та ін.

Смак дуже твердої води має характерний гіркуватий присмак. Але відчути його в воді з середніми показниками твердості, особливо людині, яка звикла пити таку воду досить складно. Зате м'яка вода з низьким солевмістом буде здаватися прісною.

Щоб точно визначити твердість, можна здати її на аналіз в профільну лабораторію. Цей крок є обов'язковим якщо ви збираєтеся встановлювати фільтри або застосовувати воду в виробництвах напоїв і продуктів харчування.

Другий варіант це домашнє напівкількісне визначення твердості з використанням тест-смужок, які можна купити в спеціалізованих магазинах з водопідготовки або акваріумістики.

Третій варіант досить цікавий особливо юним експериментаторам — це мильний метод для якого вам знадобиться просте господарське мило.

Чи можна пити тверду воду?

Кальцій і магній є важливими мікроелементами. Вони грають роль в роботі серцево-судинної і сечовивідної систем, беруть участь у формуванні ферментів і кісткової тканини. Напевно, немає в людському організмі органу, в роботі якого не беруть участь дані хімічні елементи.

Варто зазначити, що в рівній мірі небезпечні, як недостача, так і надлишок солей твердості. Якщо вода низько мінералізована, то організм компенсує недолік з їжі, а якщо ж має підвищену твердість, то при тривалому вживанні відбувається перевантаження сечовивідної системи і як наслідок утворення каменів в нирках. Також наслідком є гіпертензія і набряки.

З естетичних проблем варто звернути увагу на вплив такої води на волосся і шкіру. Якщо ви спостерігаєте сухість і твердість волосся, тьмяний відтінок — то це часто є причиною миття високомінералізованою водою. Розв'язати цю проблему можна використанням спеціальних хелатуючих шампунів або фільтрованої води.

При застосуванні твердої води для вмивання, має місце комедогенним ефект за рахунок забивання пор нерозчинними солями іонів кальцію і магнію з компонентами шкірного сала.

Використання у побуті

Накип на нагрівальних елементах бойлерів і опалювальних котлів, пральних машин є найчастішим приводом позапланового сервісного обслуговування. Крім частих поломок, накип на трубах і гріючих елементах нагрівальних систем значно знижує енергоефективність обладнання. При тривалому використанні твердої води ККД може знижуватися на 30 - 40% при цьому відповідно збільшувати витрати електроенергії і кінцевий рахунок за електрику.

Крім цього, тверда вода збільшує витрату миючих засобів при пранні білизни, в ній погано розварюється м'ясо, утворюється неестетичний наліт на сантехніці, що важко змивається.

Промислове використання

У деяких сферах промисловості строго регламентується твердість.

Накип небезпечний для водогрійних і парових котлів через скорочення терміну їх служби та підвищених енергетичних витрат. В цьому разі якість води нормується окремими стандартами. Рекомендована якість - 0,02 ммоль/л

Також жорсткі нормативи застосовуються до води для теплообмінників, оскільки зменшення діаметра труб і порушення теплопровідності через шар накипу є критичним.

У харчовій промисловості та виробництві напоїв також грає роль якість води, оптимальні показники для виробництва напоїв- 0,2 - 1 мг-екв/л.

Пом'якшення води при водопідготовці

Реагентне пом'якшення

В даному методі солі твердості переводяться в нерозчинну форму. Для цього використовуються кальцинована сода Na₂CO₃ чи гашене вапноCa(OH)₂, найефективнішим реагентом є ортофосфат натрію Na₃PO₄, який входить до складу більшості побутових і промислових реагентів. Недоліком даного методу є шкода для навколишнього середовища, оскільки фосфати не видаляються на станціях біологічного очищення і потрапляють у воду.

Іонний обмін

Такий фільтрувальний матеріал являє собою полімерні гранули, які здатні розбухати при контакті з водою. Таке завантаження обмінює катіони твердості на безпечні іони натрію або водню. На сьогодні іонообмінний метод використовується, як найефективніший в побуті та промисловості. Читати про іонообмінні технології.

Зворотний осмос

Завдяки тому, що пори мембрани мають дрібні розміри, вони здатні затримувати 99,8% мінеральних домішок. Метод підходить для питної води будинки або в промисловій підготовці технологічної води. Читати докладно про зворотний осмос.