Факторы обуславливающие общую жесткость воды. Влияние жесткой воды на организм человека. Как определить жесткость воды в лаборатории

Жесткость воды - это совокупность физических и химических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов (преимущественно кальция и магния).

Повышенная жесткость означает повышенное содержание растворов этих солей. Этот термин имеет вполне бытовое происхождение. Одежда, выстиранная в жесткой воде с помощью мыла (на основе жирных кислот) приобретала жесткость на ощупь. Связано это с тем, что ткань впитывает кальциевые и магниевые соли жирных кислот, которые образуются при стирке в жесткой воде.

Источнико жесткости воды - горные породы (известняки, доломиты), через которые проходят грунтовые воды и насыщаются растворимыми элементами.

Под жесткость воды обычно подразумевают общую жесткость, которая делится на временную и постоянную.

Временная жесткость воды называется карбонатной. Она связана с наличием гидрокарбонатов кальция и магния в воде. Она и правда носит временный характер и ликвидируется нагревом воды.

Постоянная жесткость воды обусловлена наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов кальция и магния.

Жесткость воды выражается в гражусах жесткость или в ммоль экв/л.

Мягкой считается воды с наличием примесей до 2 ммоль экв/л.

Вода средней жесткости содержит примесей в количестве от 2 до 10 ммоль экв/.л.

Концентрация солей примесей больше 10 ммоль экв/.л означает повышенную жесткость воды.

Как уже говорилось выше жесткость воды нарастает в грунтовых водых. Но нарастает разная жесткость. В поверхностных водах суммарная жесткость по большей части (до 60%) состоит из временной жесткости. Она зависит от времени года и температуры. Поэтому самая высокая общая жесткость наблюдается в конце зимы, а самая низкая вов ремя паводков.

Следствия повышенной жесткости воды

Повышенная жесткость воды приводит к усиленному образованию накипи в паровых котлах, водонагревательных приборах и на металлической посуде. Это в свою очередь ведет к снижению теплообмена, повышенной затрате энергии на разогрев и перегреву металлических поверхностей, а соответственно и к порче приборов, труб и посуды.

Также в быту повышенная жесткость воды приводит к повышенному расходу мыла.

Качество тканей при стирке жесткой водой заметно ухудшается при осаждении на ней солей.

Также в жесткой воде плохой воде плохо развариваются мясо и овощи, так как катионы кальция образуют с белками нерастворимые соединения.

Магниевая жесткость придает воде горьковатый привкус. Однако, это, пожалуй, довольно редкий случай, когда повышенную жесткость можно определить сразу. Зачастую, беспечные обладатели новой скважины или колодца, хозяева квартиры, запускают воду в функциональный цикл не озаботившись сделать анализ воды. В результате через пару лет они обнаруживают, что назрела срочная необходимость ремонта. Самое неприятное, когда система водоснабжения иили отопления одома выходила из строя в зимнее время из-за накипи.

Жесткость воды - это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»).

Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые - не выпадают. По этому признаку их и начали разделять.

Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости , а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.

Сульфаты, хлориды и нитраты магния и кальция, растворенные в воде, образуют постоянную (или некарбонатную) жесткость. Они выпадают в осадок исключительно при полном испарении воды.

Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).

При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2

Общая жесткость складывается из постоянной и временной.

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

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+).

Жёсткость воды — происхождение

Ионы кальция (Ca 2+) и магния (Mg 2+), 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.

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).

Жесткость воды — единицы измерения

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж).

1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы - градусы жёсткости.

За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды, соотношение этих единиц представлено в таблице:

1°Ж = 20,04 мг Ca 2 + или 12,15 Mg 2 + в 1 дм 3 воды;
1°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды;
1°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды.

Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м 3 , и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.

По значению общей жесткости природные воды делят на группы:

очень мягкая вода (0–1,5 мг-экв/л)
мягкая вода (1,5–4 мг-экв/л)
вода средней жесткости (4–8 мг-экв/л)
жесткая вода (8–12 мг-экв/л)
очень жесткая вода (более 12 мг-экв/л).

Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.

Хотите больше знать о питьевой воде?

Подпишитесь!

Что такое жёсткость воды?

Жёсткость - это характеристика воды, в которой присутствуют соли магния, кальция, и иногда железа. Почему в обычной водопроводной воде появляется жёсткость? Обычно различные минералы попадают в воду из залежей гипса, известняка, которые постоянно размываются в земле.

Влияние жёсткой воды на организм

Существует постоянная и временная жёсткость воды. При постоянной жёсткости в воде находится допустимое количество химических веществ, которое не приносит человеку вреда, а даже напротив насыщает организм необходимыми микроэлементами.

Сложнее обстоит дело с временной жесткостью, при которой в воде появляются гидрокарбонат кальция и магния. Эта крайне вредная смесь для организма, которая затрудняет работу желудка и кишечника, провоцирует образование камней в почках. Во время приготовления пищи в воде, перенасыщенной гидрокарбонатами магния и кальция, в продуктах разрушаются многие полезные вещества, а сами продукты развариваются. В такой воде хуже отстирываются вещи, а при мытье посуды моющие средства слабо пенятся. Обычно, когда говорят о «жёсткой воде» подразумевают именно временную жёсткость.

Результат повышенного содержания кальция и магния в водопроводной воде можно увидеть собственными глазами в виде накипи на стенках чайника или посудомоечной машины. При превышении нормы железа вместо накипи на стенках чайника образуется рыжеватый налёт. И то и другое вредно для организма. Только представьте, если накипь покрывает посуду за несколько недель, то что происходит с нашим организмом, если мы употребляем эту воду годами? Кроме угнетающего воздействия на организм в виде образования камней, отложения солей, жёсткая вода не лучшим образом влияет на внешний вид. При постоянных гигиенических процедурах в жёсткой воде, волосы становятся ломкими и тусклыми, медленно растут, кожа при умывании стягивается, делается сухой, появляются мелкие морщинки.

Способы смягчения воды

Чтобы нейтрализовать негативный эффект от жёсткой воды можно попытаться её смягчить несколькими способами.

Приобрести водопроводный фильтр для проточной воды. После прохождения через такой фильтр, установленный на сместитель или трубу, вода избавляется от лишних минеральных солей.
Кипячение воды - это самый простой способ избавиться от солей кальция и магния. Кипячение не только смягчит воду, но и окажет обеззараживающий эффект.
Добавление в воду соды, примерно две чайные ложки на 20 литров воды. Этим способом люди пользуются с древних времен.
Добавление специальных солей, которые выпускаются в виде таблеток. Этим способом обычно обеззараживают воду для технического использования в стиральной или посудомоечной машинах.
Магнитные фильтры монтируются на стенки водопроводных труб. Как и предыдущий способ, рекомендуются для технического использования при подогреве воды в котельных или приёме душа.
Кувшины с фильтрами из активированного угля смягчают питьевую воду.

Так вредна или полезна жёсткая вода?

Таким образом, в большинстве регионов нашей страны вода обладает повышенной жёсткость. Это свойство воды отрицательно влияет на организм. При употреблении жёсткой воды годами во внутренних органах откладываются песок и соли, образовываются камни, нарушается работа желудка и кишечника, происходит разрушение стенок сосудов. Со временем ухудшается внешний вид, это проявляется в сухости кожи и волос. Жёсткая вода доставляет много бытовых неудобство, поскольку в ней моющие средства слабо проявляют свои свойства, бельё хуже отстирывается, а продукты во время приготовления теряют свои полезные свойства и вкусовые качества. Однако существует немало способов преодолеть жёсткость воды использованием фильтров, специальных средств или кипячения. Можно выбрать один из этих способов или пользоваться одновременно несколькими.

Иногда можно услышать мнение, что вода полностью лишённая микроэлементов не приносит пользу здоровья и в разумных количествах соли магния и кальция необходимы организму. Потребность у организма в минералах, на самом деле, есть, но гораздо лучше восполнить её употреблением одного стакана молока в день или приёмом поливитаминов, чем употреблением опасной для организма жёсткой воды. К тому же вода, очищенная от лишний солей намного приятнее на вкус.

Жесткость воды может быть временной и постоянной. Временная появляется при дождевой воды с известняком, образуются двууглекислые соли магния и кальция - гидрокарбонаты. При кипячении они выпадают в осадок и образуют накипь. Вода, имеющая постоянную жесткость, содержит другие магниевые, кальциевые, калиевые и натриевые соединения. При кипячении они не способны выпасть в осадок, их необходимо устранять способом умягчения.

Особенно вредными являются сернокислые и хлористые соли магния: они разлагаются при высокой температуре, выделяя серную и соляную кислоту.

Жесткость воды в России выражается в миллиграмм-эквивалентах на один литр. Мягкая вода имеет 4 мг-экв/л, полужесткая - 4-8 мг-экв/л, жесткая - 8-12 мг-экв/л, очень жесткая - от 12 мг-экв/л. Допустимая предельная жесткости воды централизованного водоснабжения - 7 мг-экв/л.

Жесткую воду не рекомендуется использовать для стирки и мытья посуды, поскольку ткани изнашиваются, а посуда тускнеет. Большой вред такая вода наносит стиральным и посудомоечным машинам, кофеваркам и электрическим чайникам: осаждаясь на нагревательных элементах, соли магния и кальция образуют твердые известковые отложения.

Влияние жесткости воды на организм человека

Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не установила какой-либо величины жесткости по показаниям влияния . Несмотря на то, что исследования выявили обратную между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми болезнями, эти данные являются недостаточным для окончательного заключения. Также не доказано, что слишком мягкая вода способна оказывать отрицательное действие на баланс минеральных веществ в организме. Однако высокая жесткость делает воду хуже, придает ей горьковатый вкус, оказывает негативное действие пищеварения, в организме нарушается водно-солевой баланс, могут возникнуть различные аллергические реакции.

В результате использования жесткой воды происходит значительный перерасход моющих средств.

При взаимодействии жесткой воды с моющими веществами (стиральные порошки, мыло, шампуни) «мыльные шлаки», имеющие вид пены. После высыхания эта пена остается в виде на коже , белье, сантехнике. Отрицательное действие подобных шлаков на организм человека тем, что они начинают разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа, забивают поры. Признаком подобного негативного действия является характерный «скрип» чисто вымытых волос или кожи. В этом случае необходимо использование лосьонов, смягчающего и увлажняющего крема.

Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж – градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.

Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.

О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.

Жёсткая и мягкая вода – в чём разница

На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.

В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют “мягкой”. Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:

Мягкая.
Средняя.
Жёсткая.

Мягка я – это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.

В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.

Средняя – встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.

Жёсткая – к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.

Рассмотрим разновидности жёсткости

Этот показатель принято разделять на следующие категории.

Постоянная – является неизменным показателем, который зависит от содержания сульфатов и хлоридов.
Временная – обусловлена содержанием бикарбонатов кальция и магния. Название этот вид жёсткости получил за способность практически полностью нейтрализоваться в результате кипячения.
Жёсткость общая – получается в результате сложения показателей постоянной и временной.

Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.

Единицы измерения жёсткости

Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:

Моль/м3 (моль на кубический метр) – применялся в России до 2014 г.
°Ж (градус жёсткости) – данная единица измерения используется в России с 2014 г.
dH (немецкий градус) – единица измерения используется в странах Европы.
fo (французский градус) – также применяется в европейский странах.
ppm CaCO3 (американский градус) – единица измерения используется в североамериканских штатах.

Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.

С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.

Причины появления жёсткости воды

При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы. После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний. Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.

При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.

Методы устранения жёсткости

Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:

Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.

Как влияет жёсткость на качество воды

Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.

В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека. Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости . Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки “обрастает” отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.

Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.

Смотреть видео

Негативно влияет высокое содержание солей воды и на процесс стирки. Растворение моющего вещества в воде богатой ионами калия и магния приводит к чрезмерному образованию пены. Пена способствует образованию налёта на элементах стиральной машины, который также может негативно влиять на работоспособность некоторых узлов этого бытового прибора.

Последствия для здоровья человека

При длительном употреблении жёсткой воды в организме человека наблюдаются серьёзные отклонения от нормы, которые прежде всего проявляются в работе следующих органов:

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – при соединении солей входящих в состав жёсткой воды с животными жирами образуются соли жирных кислот, которые обволакивая стенки желудка и кишечника, препятствуя нормальной ферментации и значительно затормаживают перистальтику. В результате в организме накапливаются вредные вещества и шлаки, развивается дисбактериоз.
Работа суставов – некоторые виды солей попадая в организм человека образуют неорганические вещества, которые со временем вытесняют синовиальную жидкость из суставов. В результате такого замещения происходит обрастание суставов кристаллами, которые вызывают сильную боль при движении. Длительное употребление жёсткой воды может привести к заболеванию артритом и полиартритом.
Сердечно-сосудистая система – при значительном увеличении показателя жесткости питьевой воды, работа сердца ухудшается, вплоть до проявления выраженной аритмии.
Состояние кожных покровов – жёсткая вода приводит к преждевременному старению кожи. Негативное воздействие наблюдается как при приёме жидкости внутрь, так и при мытье посуды. При контакте средства для мытья посуды с жёсткой водой образуется плёнка, которая при оседании на кожу долгое время оказывает негативное влияние на верхние слои эпидермиса.
Образование камней в почках – данное утверждение является мифом, который развенчан благодаря работе учёных. Процесс камнеобразования не зависит от качества питьевой воды. Камни в почках образуются в основном из-за нехватки кальция в организме. В результате дефицита этого элемента происходит вымывание его из костей с оседанием в мочевыводящей системе.

Смотреть видео

Всех перечисленных недугов и болезненных состояний можно избежать, если использовать многоступенчатую фильтрацию воды. Применение таких устройств не будет стоить слишком дорого, а вот лечение различных патологий может обойтись в значительные суммы денег.

Методы определения жёсткости воды

Чтобы избежать негативного влияния на здоровье жёсткой воды, а также продлить срок эксплуатации нагревающим приборам, необходимо определить примерное количество солей калия и магния растворённых в жидкости. Сделать это на вкус довольно проблематично, ведь изменения могут быть выявлены таким способом только в случае превышения определённого значения.

Чтобы определить в домашних условиях большое содержание солей калия, магния и натрия можно воспользоваться следующими методами:

Попытаться растворить мыло в воде, если пена не образуется, то вода очень жёсткая и употреблять её не следует.
Если в чайнике и других приборах образуется большое количество накипи в течение небольшого промежутка времени, то вода, однозначно, превышает безопасные показатели этого значения.
С помощью индикаторных полосок можно более точно определить количество солей в жидкости, но такой метод потребует небольших финансовых расходов. Для проведения опыта достаточно опустить индикаторную полоску в воду на несколько секунд, а через минуту сравнить её цвет с имеющейся в инструкции таблицей.

Смотреть видео

Заключение

Очень важно знать какой жёсткости вода используется для питья, а так же в котлах отопления и в других водонагревательных приборах. Необходимость применения точных единиц измерения для проведения вычислений в домашних условиях не всегда обязательно.

В химической промышленности и на других высокотехничных производствах, наоборот потребуется знать количество растворённых в воде солей до миллиграмма, поэтому можно использовать любые единицы измерения этого показателя, предложенные в данной статье, чтобы определить и, при необходимости, снизить количество солей в воде.

Смотреть видео

Записи