Если ваш источник воды — колодец или скважина, то сначала необходимо отнести воду в лабораторию. Это необходимо потому, что помимо солей жесткости вода может содержать и другие опасные примеси.
Что такое жесткость воды и как ее определить
Термин «жесткость воды» означает количество растворенных и нерастворенных солей в природных источниках воды. Вода может быть очень мягкой или очень жесткой. И то, и другое вредно. Слишком мало воды влияет на водно-щелочной баланс в организме; слишком много воды вызывает многие заболевания важных органов: сердца, почек, кожи и печени. Избыток солей вызывает горько-металлический вкус жидкости, она может быть мутной, с различными оттенками цвета.
Очень важно, чтобы потребители обращали внимание на уровень жесткости питьевой воды. Соли могут быть токсичными и вызывать расстройство желудка, пожелтение кожи и другие проблемы. Высокая концентрация солей жесткости негативно влияет на работу бытовой техники — примеси образуют трудноочищаемые солевые и каменные отложения. Они вызывают образование осадка в системе водоснабжения и быстро выводят из строя бытовые и промышленные приборы, сантехническое и водопроводное оборудование.
Какие соли обуславливают жесткость природной воды, откуда они берутся
Основными солями жесткости, присутствующими в воде, являются различные соединения:
- нитраты, хлориды, карбонаты магния;
- бикарбонаты, сульфаты, сульфиды кальция.
После естественного испарения или после принудительного испарения водного раствора соли становятся видимыми и остаются в резервуаре. Эти соли образуют отложения на дне и стенках посуды, чайников и сантехнических приборов. По жесткости воды легко определить, какой соли в ней больше всего. Примеси магния труднее растворяются и придают напиткам горький вкус.
От чего зависит присутствие соли жесткости в воде
Жесткость питьевой воды определяется типом и количеством солей в воде. Это зависит от конкретной местности. Соли попадают в водоносные горизонты путем выщелачивания из отложений горных пород (известняка, гипса, доломита).
Значения жесткости воды непостоянны и зависят от различных факторов:
- процессов, происходящих в земной коре;
- пластов залежей ископаемых, через которые проходят водные потоки;
- интенсивности растворения песчано-каменистых пород;
- смены сезонов.
Параметры различны для воды у поверхности и для воды на глубине. Они выше, когда вода проходит через слои известняка. Весной, когда в водоемы поступает много талой воды и она проникает в слои грунтовых вод, соленость снижается. Зимой концентрация выше.
Классификация воды с солями жесткости
Какие типы солей жесткости присутствуют в воде? Различают общую жесткость, постоянную жесткость и временную жесткость:
- Карбонатная (временная) Жк — щелочной раствор с рН>8.3 содержит бикарбонаты, которые при нагревании выпадают в осадок, образуя накипь.
- Некарбонатная (постоянная) Жнк — характеризуется присутствием анионов (хлоридов, нитратов, сульфатов), которые сохраняются даже при кипячении жидкости.
- Общая Жо — это суммированная концентрация присутствия магния и кальция в виде ионных соединений. Сумма получается от сложения временной и постоянной величин: Жо=Жк+Жнк.
Для очистки рассматриваются все типы: GJo, GK, Gnk. Предельно допустимая концентрация жесткости питьевой воды (сокращенно: MHK) обычно определяется для общего GJ.
От чего зависит жесткость воды?
Она зависит от источника. В одних районах вода изначально мягкая (например, в Санкт-Петербурге), в других — жесткая (например, в Москве). Чем известковее почва, тем жестче вода: с этим ничего нельзя поделать. Водоканалы не смягчают воду, но они делают ее мягкой и податливой в домашних условиях — задача вполне выполнимая для любого жителя квартиры или дома. Нужно только знать, как это правильно сделать.
- Нужно в 3–4 раза меньше моющих средств;
- Лучше смывается грязь с тканей и посуды;
- Трубы остаются чистыми изнутри;
- Меньше счет за электричество (накипь мешает теплопередаче);
- Водонагревательные элементы не требуют ремонта до 15 лет, а в жесткой воде служат в 3–5 раз меньше.
- Снижает риск образования камней в почках;
- Не перегружает сердечно-сосудистую систему;
- Волосы не тускнеют и легко расчесываются;
- Чувствительная кожа защищена от раздражений;
- Снижается риск аллергии и экземы у детей.
Единицы измерения жесткости воды
Жесткость воды в цифрах — это концентрация ионов кальция и магния. Международная система единиц рекомендует измерять жесткость в молекулах 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
| Характер воды | Жесткость в мг-экв/л | Градус 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° |
Как определить с помощью мыла?
Определить жесткость питьевой воды в домашних условиях непросто, но можно определить относительную жесткость. В прошлом для этой цели использовалось мыло. Известно, что его эффективность несколько выше в мягкой воде, в то время как жесткая вода снижает пенообразование и очищающее действие мыла. Пену, образующуюся в очень мягкой воде, бывает трудно смыть после мытья мылом. Популярные эксперименты с этим моющим средством позволили разработать недорогой, но эффективный метод определения нужного показателя.
Косвенным показателем жесткости воды может служить слой пены, который образуется при намыливании мыла. Так, при жесткости воды 1°F этот слой может достигать 10 см; при жесткости воды почти 15°F пена не превысит 1 см. Среднюю жесткость воды можно рассчитать приблизительно: для слоя пены толщиной 5 см она составляет 7-8 °F.
Для более точных измерений с мылом вам понадобится самое простое лабораторное оборудование: цилиндрический прозрачный стакан, линейка и весы. Как и для настоящего лабораторного эксперимента, вам понадобятся некоторые вещества: дистиллированная вода и стиральное мыло.
Необходимо подготовить и измельчить 1 г мыла (для этого нужны точные весы). Мыльный порошок помещают в стакан, добавляют горячую, но не кипящую дистиллированную воду и хорошо перемешивают до полного растворения мыла. Если содержание мыла составляет 60 %, долейте дистиллированную воду до высоты 6 см, если содержание мыла составляет 72 %, долейте до высоты 7,2 см (можно долить около 7 см).
Каждый сантиметр этого раствора должен связать столько ионов, чтобы получилась жесткость 1°J.
К приготовленному раствору добавляют 0,5 л воды, жесткость которой необходимо определить. Полученный раствор выливают в подходящий прозрачный сосуд и при перемешивании образуется пена. Часть ионов металла связывается в пене, общий уровень раствора падает, и его необходимо перелить обратно в мерный стакан для измерения. Падение уровня на 1 см указывает на жесткость воды 2°C, или если уровень после вспенивания упал на 4 см, то жесткость воды составляет 8°C.
Как узнать с помощью реагентов?
Описанные выше методы определения жесткости воды с помощью мыла дают приблизительные результаты и не подходят для более точных измерений. В некоторых случаях требуются более надежные методы.
Реактивы для таких анализов можно приобрести в зоомагазинах в аквариумных отделах. Аквариумистам часто требуется проверить жесткость воды, чтобы определить, подходит ли она для содержания водных растений.
Добавив соляную кислоту известной концентрации в дистиллированную воду, что в химии называется титрованием, можно получить несколько образцов раствора определенной жесткости. Опустив в раствор кусок маркировочной бумаги, мягкость которой известна (такие бумаги также продаются в аквариумном отделе), можно сравнить цвет с цветом, полученным при анализе воды.
Можно также использовать готовые реактивы из зоомагазина: взять 5 мл воды и добавлять раствор по капле из флакона, пока цвет не изменится с розового на зеленый. Затем сверьтесь с таблицей, прилагаемой к реагенту.
Другие методы определения
Жесткость воды (жесткая или мягкая) можно определить и по другим признакам. В домашних условиях вы, вероятно, можете использовать старый добрый метод определения жесткости. Вода с высоким содержанием ионов жесткости может иметь металлический привкус. Мягкая вода, с другой стороны, может показаться безвкусной и слишком пресной.
Методы, используемые в лаборатории, например, комплексометрический тест со специальными растворами для определения ионов кальция и магния, очень точны, но обычно недоступны в домашних условиях.
По внешним признакам
Различие между жесткой и мягкой водой также относительно просто. Чай или кофе в жесткой воде плохо заваривается и не раскрывает своего аромата.
Можно также использовать стакан или зеркало. На его поверхность помещается капля жидкости, твердость которой необходимо определить. Подождав, пока она испарится, можно увидеть оставшийся осадок. Количество осадка говорит о том, сколько соли содержится в образце.
С помощью этого метода можно сравнить сырую и кипяченую воду и определить разницу между временной и постоянной жесткостью.
Использование приспособлений
Научно-техническая революция сделала возможным использование некоторых лабораторных методов в домашних условиях.
Например, индикаторы, разработанные для удобства лабораторных исследований, в том числе знакомая со школьных времен бумажка для пруда, стали доступны не только ученым, но и обычным гражданам. Одним из самых надежных методов определения твердости в домашних условиях остается использование тест-полоски, идентичной индикаторным полоскам. Измерить жесткость полоской очень просто — опустите такую полоску в воду и сразу же выньте ее снова. Ионы соли, растворенные в воде, вступают в реакцию с индикаторной полоской, и ее цвет меняется. С такими полосками всегда следует использовать цветовую шкалу, которая обычно продается в наборе полосок. Поместите смоченную водой полоску на шкалу и выберите соответствующий цвет. Это указывает на твердость. Чем выше значение, тем интенсивнее цвет полоски.
Иногда для определения общей жесткости используют кондуктометр (TDS-метр), который напрямую связан с количеством ионов в растворе. У этого метода есть существенный недостаток — кондуктометр измеряет совершенно другое свойство раствора. Вместе с ионами жесткости (кальцием и магнием) он реагирует на содержание всех ионов, даже тех, которые вообще не влияют на жесткость воды. Поэтому он может вводить в заблуждение.
Использование специального оборудования и реагентов сопряжено с рядом рисков. В случае с приборами, работающими от сети, особое внимание следует уделить стандартам безопасности из-за использования электродов, погруженных в жидкость. Важно помнить, что руки желательно держать сухими, также полезны резиновые перчатки. Место, где проводятся измерения, должно быть удобным, желательно на столе и ни в коем случае не в ванной комнате, где всегда повышенная влажность.
Некоторые методы требуют специальных реактивов, а кислоты особенно опасны. Для таких измерений лучше всего использовать специальную посуду, защитную одежду (например, белый лабораторный халат) и резиновые перчатки.
Тест-полоски
Гораздо более простым и дешевым, но менее точным методом определения жесткости воды, чем лабораторные исследования, является использование тест-полосок. Эти быстрые тесты можно приобрести в хозяйственных магазинах, зоомагазинах и магазинах, где продаются фильтры для воды.
Реагент, содержащийся в полосках, изменяет цвет воды, и по интенсивности окраски можно приблизительно определить жесткость воды. Вы не можете точно определить точные параметры и можете неправильно интерпретировать цвет пленки.
Онлайн-сервисы
В больших городах, чтобы узнать жесткость воды, вам даже не нужно выходить из дома. Жесткость воды в вашем доме измеряется онлайн-сервисом, который предоставляет информацию по определенному адресу.
В Москве, например, это сайт Мосводоканала, где в специальном разделе можно узнать качество воды по районам столицы. На этом же портале есть калькулятор жесткости воды, который позволяет перевести уровень жесткости воды в параметры, используемые производителями бытовой техники из разных стран. Таким образом, вы сможете настроить свои стиральные, посудомоечные или кофемашины так, чтобы они прослужили дольше.
Как вычислить жесткость в домашних условиях
Повышенную жесткость воды нельзя распознать по внешним признакам, таким как запах, цвет или консистенция. Она проявляется по:
- образующаяся накипь на дне чайника;
- плохое вспенивание моющих средств;
- белые разводы на душевой лейке в ванной.
Точный состав воды можно определить только с помощью анализа. Жесткость вашей водопроводной воды можно легко определить с погрешностью в 1-2 градуса.
Для эксперимента вам понадобится следующее: брусок стирального мыла, небольшое количество дистиллированной воды, электронные весы, контейнер, цилиндрический стакан и линейка.
- Мелко натереть 1 г хозяйственного мыла и растворить его в 3–4 столовых ложках слегка подогретой дистиллированной воды. Если под рукой нет кухонных весов, можно ориентироваться на глаз – пол чайной ложки без верха.
- В стакан с мыльным раствором долить дистиллированной воды так, чтобы высота столба жидкости соответствовала процентному содержанию жирных кислот, указанному на бруске мыла. Если 72%, то высота водяного столба должна составлять 72 мм от дна стакана, но не от поверхности стола.
- Набрать в ёмкость 0,5 л водопроводной воды и, плавно помешивая, вливать в неё тонкой струей мыльный раствор. Сначала в воде появятся хлопья, пузыри, затем – стойкая белая пена. Она свидетельствует о том, что уже связаны все соли.
Количество сантиметров водяного столба, перенесенного в контейнер, можно вычислить, вычтя высоту оставшегося мыльного раствора из первоначальной:
- hп— высота столба перелитого раствора;
- hи– высота водного столба исходного мыльного раствора;
- hо– высота столба остатка мыльного раствора.
Каждый сантиметр раствора, перешедший в емкость, соответствует 2ºdH . Эта величина идентична немецкой единице жесткости. Например: 4,6 см3 из банки соответствует 9,2 dH .
Вы можете использовать таблицу для перевода результатов в мг-экв/л и калькулятор для получения точных показаний.
| № | Градус dH | Уровень твердости | Значение в мг-экв/л |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 — 4 | Очень мягкая | До 1,4 |
| 2 | 5 — 11 | Мягкая | 1,8 – 4,0 |
| 3 | 12 — 22 | Средняя | 4,3-8,0 |
| 4 | 22 — 34 | Жесткая | 8,0-12 |
| 5 | Более 34 | Очень жесткая | Выше 12 |
Более точные результаты можно получить с помощью электронных контроллеров, таких как TDS-3. Они анализируют воду на жесткость и кислотность и отображают результаты в виде оборотов или pH. С помощью калькулятора вы можете перевести единицы RRM в ºJ.
Если вы хотите получить подробный анализ воды в скважине или колодце, то это можно сделать набором «Скважина-1».
Еще один простой и недорогой способ определить качество воды — тест-полоски.
Влияние воды
На организм человека
На сегодняшний день не существует серьезных исследований, доказывающих вредное воздействие жесткой воды на живые организмы. Известно, что длительное употребление воды с повышенной жесткостью способствует развитию мочекаменной болезни. Организм не успевает вывести избыток минералов, что приводит к образованию мочевых камней, камней в почках и отложений в суставах.Качество воды также имеет значение для здоровья. Мыло вступает в реакцию с солями кальция и магния и ослабляет защитный барьер кожи, вызывая раздражение или аллергию. Волосы становятся сухими и ломкими. В то же время кальций и магний жизненно необходимы для человека:
- дневная норма кальция составляет 1000 мг ;
- магния – 400 мг .
Дефицит этих элементов может нанести серьезный ущерб организму. ВОЗ утверждает, что употребление слишком мягкой воды приводит к потере солей и изменению водно-солевого баланса. Это наблюдалось в районах, где используется мягкая вода:
- рост сердечно-сосудистых заболеваний;
- возрастание количества переломов у детей и снижению веса новорожденных.
ВОЗ утверждает, что наличие солей в воде следует считать необходимым для нормального функционирования организма.
На технику
Соли жесткости вызывают множество проблем в бытовых приборах и на промышленных предприятиях:
- слой накипи, образующийся на стенках стиральных и посудомоечных машин, приводит к преждевременной поломке;
- краны и душевые лейки забиваются известковым налетом;
- недостаточное вспенивание стирального порошка ведет к его перерасходу;
- покрытые накипью трубы и ТЭНы увеличивают расход электроэнергии и выходят из строя;
- выпадающие в осадок соли уменьшают проходимость труб в системах водоснабжения, снижая напор воды;
- нерастворимые соединения на стенках радиаторов становятся мощным теплоизолятором, снижая их теплоотдачу.
Слишком мягкая вода оказывает негативное воздействие на бытовую технику и повышает риск коррозии труб из-за низкого содержания щелочи. Поэтому важно поддерживать правильный баланс между водой и солями.
Способы умягчения воды
Существует несколько способов снижения жесткости воды. Выбор зависит от исходного качества воды, предназначения и условий использования.
Термический метод
Кипячение — самый простой и дешевый метод удаления карбонатной жесткости. Он подходит для небольших объемов воды, используемой в бытовых целях. Однако оно не удаляет все соли жесткости, и посуду необходимо очищать от накипи.
Фильтрация
Не так давно фильтр для умягчения воды представлял собой внушительное оборудование. Современные технологии и материалы позволили создать компактные фильтры для умягчения воды, которые легко помещаются под кухонной мойкой. Помимо умягчения воды, сменные картриджи фильтров удаляют запахи и примеси. Правильный выбор фильтров и их своевременная замена обеспечивают качественную очистку воды из крана, колодца или скважины. Одной из современных интегрированных систем является барьерный фильтр.
Химические способы
Для осаждения солей жесткости в воду добавляются специальные реагенты, такие как гашеная известь, сода, полифосфаты. Этот метод подходит для промышленного применения. Его основным недостатком является необходимость дальнейшей утилизации отходов. Вода не пригодна для употребления в пищу
Ионный обмен
Фильтрация с помощью ионообменной смолы успешно используется в промышленности. Принцип основан на обмене катионов щелочноземельных металлов на ионы натрия и водорода в тонко заполненной колонке. Для регенерации отработанной смолы используется солевой раствор. При изменении жесткости воды требуется ручная регулировка.
Физические методы
Эти методы основаны на электродиализе, ультразвуке и электромагнитных импульсах. Соли жесткости переходят в измененное состояние, в котором они не кристаллизуются в твердый осадок, а образуют неустойчивые соединения. Применение ультразвука и электромагнитных волн дополнительно способствует удалению имеющихся солей.
Мембранный метод
Этот метод очистки также называется обратным осмосом. Вода пропускается под высоким давлением через фильтр с мельчайшими ячейками и полностью освобождается от химических примесей, взвешенных веществ и бактерий. Качество воды приближается к качеству дистиллированной воды. Прежде чем воду можно будет пить, ее необходимо дополнительно минерализовать. Недостатком этого метода является высокая стоимость.
