Жесткость воды — что нужно знать о ней?

Почему вода жесткая?

Жесткость воды определяется количеством миллиграммов содержащихся в ней ионов Ca²⁺ и Mg²⁺. Та часть жесткости, которая равна общей щелочности (еще один показатель качества воды), называется карбонатной жесткостью, иначе — проходящей жесткостью. Количественное превышение по отношению к общей щелочности называется некарбонатной (постоянной) жесткостью. Суммарное значение карбонатной и некарбонатной жесткости составляет общую (полную) жесткость. Чем выше содержание в воде ионов кальция и магния, тем выше ее жесткость. Кроме того, косвенное влияние на величину этого показателя оказывают ионы железа и марганца. Вода становится жесткой потому, что в процессе циркуляции она контактирует со многими веществами, например, с горными породами или почвой, из которых в воду попадают ионы элементов в той или иной концентрации. В природных водах их обычно содержится до 10 мг/л. В редких случаях содержание ионов магния превышает 100 мг на литр. В природных источниках воды обычно преобладает жесткость, обусловленная высоким содержанием ионов кальция, т. е. кальциевая жесткость.

В аналитических лабораториях и лабораториях контроля качества общую жесткость определяют при помощи комплексометрического версенатного метода. Для определения карбонатной жесткости (соответствующей общей щелочности) по-прежнему применяется алкациметрический метод с визуальным (или же потенциометрическим) способом определения конечной точки титрования. Принцип версенатного метода заключается в определении общего содержания ионов кальция и магния. Анализируемую пробу титруют раствором эдетата динатрия (натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты) при pH 9–10 в присутствии индикатора — эриохрома черного Т. В конечной точке титрования наблюдается изменение цвета с красного на синий. Титрант, применяемый при этом определении, обозначается буквенной аббревиатурой EDTA. Эдетат динатрия в водных растворах подвергается электролитической диссоциации, а образующийся при этом ион эдетата динатрия образует комплекс с определяемыми ионами. Примерную жесткость воды можно проверить и самостоятельно (в дополнение к заказу анализа воды). Для этого следует приобрести подходящие полосовые или капельные тесты. При их использовании необходимо следовать инструкциям, прилагаемым к вышеуказанным тестам.

Последствия повышенной жесткости воды:

• Ухудшение физико-химических свойств воды.
• Разрушение телерадио- и другой бытовой и хозяйственной техники, в которой применяется вода повышенной жесткости. Осадки, которые не всегда удается полностью удалить из приборов. Со временем это приводит к повреждению и разрушению оборудования.
• Появление накипи. Она проявляется в виде белого налета из карбоната кальция и карбоната магния. Выпадает в осадок при термической обработке воды, поэтому наиболее часто встречается, например, в чайниках. Образование накипи приводит к значительным потерям энергии.
• Увеличение поверхностного натяжения воды, что является причиной, например, снижения смачиваемости. Это приводит к необходимости использования значительно большего количества моющих средств, например, предназначенных для стирки тканей.
• Разрушение отопительных установок. Особенно уязвимы отопительные котлы, находящиеся в непосредственном контакте с жесткой водой. Накопление нерастворимого осадка, помимо прочего, приводит к засорению труб, что влечет за собой значительное увеличение расходов на отопление.

Классификация жесткости воды

В общем случае жесткость подразделяется на следующие виды:

• Карбонатная жесткость — именно этот тип жесткости легко заметен, в частности, на посуде или в чайнике. Карбонатная жесткость обусловлена карбонатами и гидрокарбонатами кальция и магния. Однако они легко удаляются из воды, например, при тепловой обработке, поэтому такую жесткость часто называют проходящей. Эти соединения выпадают из горячей воды в виде белого осадка, который накапливается в емкости.
• Некарбонатная жесткость — также известна как постоянная жесткость. Ее трудно удалить из воды. Если за карбонатную жесткость отвечают соли неустойчивой карбоновой кислоты, то в случае некарбонатной жесткости это соли других кислот, например, серной (VI), хлористоводородной или азотной (V). Они образуют стойкие сульфаты (VI), хлориды и нитраты (V), которые остаются в воде даже после кипячения.
• Общая жесткость воды — это сумма карбонатной и некарбонатной жесткости.

Как можно выразить степень жесткости воды?

Степень жесткости воды можно выразить в различных единицах. Чаще всего применяются немецкие градусы, французские градусы, английские градусы или выражение содержания солей, вызывающих жесткость воды, в миллимолях на литр по объему или в милливалентах на литр. В лабораториях принято приводить значения жесткости в немецких градусах (^on). Вода с жесткостью в один немецкий градус содержит в 1 дм³ количество солей кальция и магния, соответствующее 10 мг CaO.

Зная значение жесткости воды, можно классифицировать ее по результату, представленному в немецких градусах:

• очень мягкая вода: менее 5,6,
• мягкая вода: 5,6–11,2,
• вода средней жесткости: 11,2–19,6,
• жесткая вода: 19,6–30,8,
• очень жесткая вода: более 30,8.

Как снизить жесткость воды?

Высокая жесткость воды может оказаться довольно серьезным препятствием в повседневной жизни. Если вы не знаете качество применяемой воды или у вас есть подозрение, что ее физико-химические параметры не соответствуют нормам, целесообразно провести анализ такой воды в компетентной лаборатории.

Основным способом устранения жесткости воды является термический метод. Он эффективен только в случае проходящей жесткости. Термический метод предполагает нагрев воды до температуры около 80 ^oC. При повышении температуры гидрокарбонаты кальция и магния выпадают в осадок в виде нерастворимых карбоната кальция и карбоната магния. Образовавшийся осадок можно удалить, например, путем фильтрации. Термический метод часто является первым шагом в дальнейшем снижении жесткости воды.

Кроме того, ионы кальция и магния могут быть осаждены и химическим методом. Для этого в воду добавляются специальные умягчители, т. е. химические соединения, функция которых заключается в выпадении соответствующих осадков или образовании комплексных соединений. Осажденные ионы кальция и магния в виде солей отделяются путем фильтрации или декантации. Умягчители могут применяться и в бытовых условиях. Сегодня многие производители нагревательных котлов предлагают услугу по установке центральных умягчителей воды, которые работают по принципу ионообменников.

Особым способом умягчения воды является применение фильтров-кувшинов, которые стали очень популярны в последние годы. Наливаемая в них вода проходит через специальный сорбционный слой, работающий по принципу ионообменника. Выбор фильтрующих картриджей для таких кувшинов велик, и в магазинах можно приобрести, например, те, которые сразу обогатят отфильтрованную воду необходимыми минеральными ингредиентами.

Читайте также о водоподготовке и очистке сточных вод.