Влияние жесткости воды на организм человека. От чего зависит качественный состав питьевой воды? Общая жесткость воды, классификации

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.

Дата создания: 2015/02/11

Вода – одно из главных природных богатств человечества. От неё зависит не только благополучие, но и само существование целых народов. Не случайно с давних пор люди селились по берегам крупных и малых рек, озёр и морей. Академик А.П.Карпинский назвал воду живой кровью, которая создаёт жизнь там, где её не было.

Гимном этому необыкновенному веществу звучат строки французского писателя А. Де Сент-Экзюпери: «Вода, у тебя нет ни света, ни вкуса, ни запаха, тебя невозможно описать, тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое. Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты – сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснишь нашими чувствами. С тобою возвращаются нам силы, с которыми мы уже простились».

Ученые абсолютно правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого вещества, в свойствах которого было бы столько аномалий, сколько в ее свойствах.

Почти ¾ поверхности нашей планеты занято океанами и морями. Твердой водой – снегом и льдом – покрыто 20% суши. От воды зависит климат планеты. Земля давно бы остыла и превратилась в безжизненный кусок камня, если бы не вода. У нее очень большая теплоемкость. Нагреваясь, она поглощает тепло; остывая, отдает его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла и тем самым «выравнивает» климат. А от космического холода предохраняет Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров…

Но не только по этому мы считаем воду жизненного важным веществом. Дело в том, что тело человека состоит почти на 2/3 из воды. Практически все биохимические реакции в каждой живой клетки – это реакции в водных растворах… в растворах же протекает большинство технологических процессов на предприятиях химической промышленности, в производстве лекарственных препаратов и пищевых продуктов. И в металлургии вода чрезвычайно важна, причем не только для охлаждения. Гидрометаллургия – извлечение металлов из руд и концентратов с помощью растворов различных реагентов – стала важной отраслью промышленности.

Разная бывает вода: жидкая, твердая и газообразная; пресная и соленая; свободная и связанная. В конце 60-х – начале 70-х гг. ХХ в. в статьях и книгах часто можно было встретить термин «аномальная вода». Потом от него отказались, но это не исключило множества аномалий в физических и в химических свойствах обычной воды.

Жесткость воды

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Одной из важнейших характеристик природной воды является ее жесткость.

Жесткость воды – совокупность свойств воды, обусловленных наличием в нем катионитов кальция и магния. Сумма их концентраций выражается в моль/л или моль/кг называется общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния (устраняется кипячением), вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2ммоль/л), средняя жесткость (2-10ммоль/л) и жесткую (больше 10ммоль/л).

Кругооборот воды в природе осадки выпадая на землю в виде дождя, снега, проходя через грунт растворяют минералы. Источником могут служить, так же, микробиологические процессы, протекающие в почве на площади водосбора, сточные воды предприятия.

Для некоторых областей применения воды жесткость не играет никакой роли. Например, при поливке газонов, тушении пожаров. Но, к сожалению, жесткость воды - это проблема не только воды для питья и приготовления пищи, но и воды, используемой в быту для стирки, мытья посуды и т. д.

Жесткость воды – нежелательное явление. На стенках паровых котлов жесткая вода образует накипь, обладающую плохой теплопроводностью, вследствие чего увеличивается расход топлива. Кроме того, накипь способствует разъединению (коррозии) стенок котлов, что может повлечь за собой аварию. Трубки радиаторов от жесткой воды могут зарасти накипью, отчего радиатор перестает действовать.

Потери от жесткости воды в быту – это перерасход на 30-50% моющих средств при стирке белья и купании, плохие потребительские свойства воды: при заваривании кофе или чая в такой воде может выпасть бурый осадок, при кипячении на поверхности образуется пленка, вода приобретает характерный привкус; в жесткой воде хуже разваривается мясо, потому что соли жесткости с белками мяса образуют нерастворимые соединения, что, в свою очередь приводит к снижению усвояемости белков. Очень жесткая вода непригодна для питья.

Необходимо отдельно остановиться на влиянии жесткости воды на результат умывания и купания. Соли жесткости образуют с моющими веществами (мыло, шампунь, стиральный порошок) так называемые “мыльные шлаки” в виде пены, которая, высыхая, образует микроскопическую корку на коже и волосах, нанося существенный вред их здоровью. В результате появляется сухость волос, шелушение, зуд, перхоть. Одним из предвестников такого нежелательного воздействия является характерный “скрип” вымытой кожи и волос. А восстанавливать жировую пленку приходится косметическими кремами и масками. И наоборот, ощущение “мылкости” после мытья мягкой водой – это признак сохранения на коже защитной жировой пленки. Косметологи всего мира рекомендуют умываться мягкой (например, талой или дождевой) водой.

Жёсткость воды и здоровье человека

Для нормальной работы организма человека нужна чистая вода, при этом для питья нельзя постоянно использовать дистиллированную воду, потому что она вымывает минеральные соли из организма, жизнедеятельность без которых невозможна, поэтому для питья используют воду, с растворенными в ней минеральными солями. Какую воду лучше всего пить, вопрос дискуссионный. Большинство ученых считают, что чем мягче питьевая вода, тем больше вероятность сердечно – сосудистых заболеваний. Рассмотрим, какое значения для организма имеют кальций и магний.

Магний и здоровье человека

Большая часть магния находится в составе костной и мышечной тканей. В основном магний содержится внутри самих клеток, где он наряду с калием является вторым по значимости элементом. Только 1% магния находится в крови. Потребность в магнии может быть различной у разных людей.

У детей потребность в магнии зависит от возраста: до 3 лет – 140 мг, от 4 до 6 лет – 220 мг, от 7 до 10 лет – 300 мг, от 11 до 13 лет – 400 мг магния.

Для взрослого человека в среднем достаточным считается приём 300 – 400 мг магния.

Поступает магний в организм с пищей. Богаты им хлебобулочные изделия из муки грубого помола, крупы, бобовые (горох, фасоль), орехи, овощи, цветная капуста, абрикосы. В молочных продуктах магния относительно мало, но в них он содержится в легко усвояемой форме в виде цитрата магния.

Степень жесткости воды обуславливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+), магния (Мg 2+), стронция (Sr 2+), бария (Ва 2+), железа (Fе 2+), марганца (Мn 2+). Причем, содержание ионов кальция и магния значительно превышают концентрации других перечисленных ионов вместе взятых. Поэтому в России принято отпределять значение жёсткости как сумму содержащихся в воде ионов кальция и магния, выраженную в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 мг Са 2+ или 12,16 мг Мg 2+ .

Различают карбонатную (временную, устраняемую кипячением) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная - присутствием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

Временной жесткость называется потому, что при кипячении гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются, и выпадают в осадок в виде карбонатов. Химическая реакция этого процесса выглядит следующим образом:

Ca(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Выпадающий осадок образует налёт (так называемую накипь) на стенках посуды, в которой кипятится вода. После кипячения и выпадения гидрокарбонатов в осадок вода становиться более «мягкой».

Постоянная жесткость обусловлена наличием в воде устойчивых химических соединений сульфатов, хлоридов, силикатов и некоторых других солей кальция и магния, которые при кипячении в осадок не выпадают и не удаляются. Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость воды.

Общая жесткость воды, нормативы

Мировая практика контроля качества потребляемой для питья воды (нормы Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ISO, а также нормативы США) не нормируют жесткость питьевой воды - только отдельно содержание в воде ионов кальция и магния. По российским нормам () жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Что же происходит при превышении этого значения? Оказывается, что при жесткости воды выше 7 мг-экв/л значительно увеличивается скорость зарастания труб известковыми отложениями, что уменьшает их срок службы и увеличивает эксплуатационные затраты. А при очень низкой жесткости воды приобретает сильные коррозионные свойства. Активное использование пластика и металлопластика в последнее время позволяет снять ограничения на использование мягкой воды.

Общая жесткость воды, классификации

Классификации природной воды по степени жёсткости отличаются в разных странах, а также могут подразделяться в зависимости от целей использования воды.

Самая общая классификация выглядит следующим образом:

По американской классификации питьевая вода считается «мягкой» при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л, нормальной- от 2 до 4 мг-экв/л, жесткой - от 4 до 6 мг-экв/л, и очень жесткой - свыше 6 мг-экв/л. Стоить заметить, что подобная классификация справедлива для воды, использующейся для питьевых нужд. Вода, находящаяся в системах горячего водоснабжения и контактирующая с любыми нагревательными элементами, для нормального функционирования системы должна быть более мягкой. Тут не обойтись без установки , в частности - . При этом, если вода поступает из частной скважины, скорее всего, потребуется предварительное .

Перерасход моющих средств

В жесткой воде из обычного мыла (в присутствии ионов кальция) образуются мыльные шлаки - неарстворимиые соединения, не несущие никаких полезных функций. И пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткости воды, образование пены не начнется. Происходит значительный перерасход моющих стредств. После высыхания такие мыльные шлаки остаются в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже и волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим).

Негативное воздействие на ткани

Жёсткая вода плохо подходит для стирки и мытья. Почему? При контакте мыла или порошка с жесткой водой катионы солей жесткости (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+) реагируют с анионами жирных кислот, входящими в состав мыла, и образуют малорастворимые соединения, например стеарат кальция Ca(C 17 H 35 COO) 2 . Эти осадки постепенно забивают поры ткани и она перестает пропускать воздух и влагу, волокна становятся грубыми и неэластичными. Цвета изделия тускнеют и приобретают серо-желтый оттенок. Осевшие на ткани «известковые мыла» лишают ее прочности.

Раздражение кожи

При попадании «хлопьев жесткости» на кожу человека происходит разрушение естественной жировой плёнки, которая защищает кожу от неблагоприятного влияния окружающей среды, а также забиваются поры. Признаком такого негативного воздействия является появляющийся после принятия душа характерный «скрип» кожи или волос. На самом деле, вызывающая у некоторых раздражение «мылкость» кожи после пользования мягкой водой - верный признак того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. Либо пользоваться жёсткой водой и компенсировать нарушение покрытия лосьонами, умягчающими и увлажняющими кремами и прочими хитростями для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила природа.

Сокращение срока службы оборудования

При нагревании воды с жесткостью более 4 мг-экв/л на фоне высокой щелочности и уровня pH происходит интенсивное выпадение в осадок карбоната кальция в виде накипи (трубы «зарастают», на нагревательных элементах образуется белый налёт). Именно поэтому нормы Котлонадзора нормируют величину показателя жесткости воды, используемой для подпитки котлов (0.05—0.1 мг-экв/л). Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.

Влияние на здоровье

Всемирная Организация Здравоохранения регламентирует значения жесткости воды по показаниям влияния на здоровье. В материалах организации говорится, что хотя ряд статистических исследований и выявил обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и заболеваниями сердечно-сосудистой системы, полученных данных всё же не достаточно для определения причинно-следственной связи между этими явлениями. Так же, не доказательств, что мягкая вода оказывает негативное влияние на баланс микроэлементов в организме человека. Ряд исследований говорит о том, что усвояемость человеком важных минеральных веществ из воды крайне низка, и основную часть их он получает из пищи.

В зависимости от местных условий приемлемая жёсткость для использования воды в качестве питьевой может несколько варьироваться. В некоторых случаях для потребителя приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Порог вкуса для иона кальция (в пересчете на мг-эквивалент) находится в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. Так, у воды с высокой жёсткостью может наблюдаться горьковатый привкус. А длительное употребление жёсткой воды (как правило сопровождающейся высокой общей минерализацией) приводит к проблемам желудочно-кишечного тракта.

Обратная сторона медали

Необходимо также заметить, что вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л обладает низкими буферными свойствами (щелочностью) и может, в зависимости от уровня рН и некоторых других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на поверхности труб и отопительный техники. Поэтому в ряде случаев, особенно при в котельных приходиться дополнительно проводить специальную , что позволяет добиться оптимального соотношения между коррозийной активностью воды и её жесткостью.

Жесткая вода может засорить ваш чайник, но есть убедительные доказательства того, что она помогает защитить ваше сердце. Определенные примеси в воде могут быть очень полезны для здоровья вашего организма и иммунитета.

Что называют жесткой водой?

Жесткая вода – это просто вода, которая содержит большое количество минералов. Эти минералы в основном представляют собой карбонат магния, кальций и марганец. Однако жесткость может быть вызвана несколькими другими растворенными металлами; эти формы представляют собой двухвалентные или многовалентные катионы, включая алюминий, барий, стронций, железо, цинк и марганец. Обычно одновалентные ионы, такие как натрий и калий, не вызывают твердости. Но двухвалентные катионы имеют склонность к соединению с анионами в воде и образованием стабильных солей. Тип аниона, обнаруженного в этих солях, различает два типа: карбонатной и некарбонатной жесткости.

Карбонатная жесткость обусловлена металлами в сочетании с щелочностью. Щелочность – способность воды нейтрализовать кислоты, приписывается таким соединениям, как карбонат, бикарбонат, гидроксид, а иногда и борат, силикат и фосфат. Напротив, некарбонатная жесткость образуется, когда металлы объединяются с чем угодно.

Карбонатную жесткость называют временной, потому что её можно удалить кипячением. Некарбонатная жесткость не может быть удалена кипячением, поэтому она также известна как постоянная жесткость.

Самым явным доказательством наличия жесткой воды в кране является то, что мыло и шампунь плохо вымываются, ванны, умывальники и блестящие детали сантехники имеют налёт, бельё после стирки грязное, а в чайнике скапливаются отложения.

Минералы, которые чаще всего встречаются в воде, представляют собой карбонаты кальция, магния и марганца. Эти минералы оказываются в воде естественным образом, поскольку вода просачивается через минералы, содержащие кальций или магний. Наиболее распространёнными источниками являются известняк (который вводит кальций в воду) и доломит (который вводит магний). Обычно они полезны для человеческого организма. Грунтовые воды зачастую имеют большую жесткость, чем поверхностные воды.

Классической мерой измерения концентрации катионов кальция и магния в воде является моль/м3, на практике обычно используется градусы жесткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л). С 1.01.14 в России введён стандарт, по которому жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж), 1 °Ж = ½ ммоль/л = 1 мг-экв/л.

Различают воду мягкую (<2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (>10 °Ж).

Каковы же могут быть преимущества, связанные с употреблением жесткой воды?

Преимущества жесткой воды

Поступление кальция

Кальций необходим для вашего здоровья. Одним из самых важных свойств этого минерала является укрепление костей; его количество, содержащееся в организме, определяет прочность скелета.

Кальций и витамин D рекомендуются, если вы или члены вашей семьи, включая детей, хотите иметь здоровые, сильные кости. Поскольку кальций является одним из основных ионов в жесткой воде, её употребление помогает добавить в организм необходимое количество минералов.

Взрослый человек, лишенный кальция в своём теле, испытывает большие трудности, особенно при выполнении сложных работ, требующих дополнительных усилий. Это потому, что у него слабые кости (гипокальцемия). Последнее приводит к тяжелым последствиям, в том числе переломам.

Жесткая вода вносит существенный вклад в общее снабжение организма кальцием.

Также, исследования, проведённые ВОЗ, доказали, что кальций имеет тенденцию снижать риск развития рака прямой кишки. Хоть и слишком высокие количества кальция могут приводить к раку простаты, уровень кальция в жесткой воде намного меньше, следовательно, его достаточно для предотвращения заболеваний, а не их возникновения.

Другое преимущество кальция в воде – снижение риска сердечно-сосудистых заболеваний. Тем не менее, всё ещё проводятся исследования для определения количества кальция, подходящего для профилактики заболеваний ССС.

Поступление магния

Употребление магния через воду также может служить профилактикой для некоторых заболеваний. Магний регулирует около 350 клеточных ферментов в организме. Эти ферменты контролируют важные функции, такие как регуляция кровяного давления, стабилизация сердечных ритмов и сокращение мышц. Потребление магния снижает артериальную гипертонию (высокое кровяное давление), риск развития диабета и улучшает состояние здоровья сердца.

Согласно исследованиям ВОЗ в 2009 году: «Низкий уровень магния был связан с гипертонией, ишемической болезнью сердца, сахарным диабетом и метаболическим синдромом».

В одном метаанализе исследователи пришли к выводу, что добавка магния на 100 мг была связана с 8% снижением риска развития инсульта, особенно ишемических инсультов.

В целом, будущие исследования в этой области смогут дать нам лучше понять важность магния для защиты наших сердец.

Как кальций, так и магний необходимы для организма человека. Кроме того, жесткая вода приводит к меньшей коррозии труб, при условии, что она не слишком жесткая. Мягкая вода с большей вероятностью начнёт растворять металлические стенки труб, по которым течёт.

Недостатки жесткой воды

Жесткая вода не оказывает вредного воздействия на здоровье организма. Однако повседневное использование жесткой воды может вызвать хлопоты в быту, во время стирки и приготовления пищи.

Некоторые из проблем связанные с жесткой водой:

Закупорка труб;

Увеличение расхода мыла и моющих средств;

Незначительное увеличение износа бытовой техники и сантехники (особенно это касается арматуры в бачках унитазов);

Пятна на блестящих поверхностях и стекле.

С забитыми трубами ваша техника будет работать менее эффективно. Это часто приводит к более высоким счетам за электроэнергию и даже к поврежденным устройствам. Закупорки могут привести к утечкам в трубах и сократить срок службы вашей техники. Кроме того, возможны постоянные пятна на раковинах, душах, ваннах, стекле и даже мебели.

Также, одним из наиболее заметных эффектов от жесткой воды является раздражение и сухость кожи. Экзема у детей как раз связана с этим фактором.

Жесткая вода очень полезна для человеческого организма. Её положительное воздействие нельзя игнорировать, и оно полностью перекрывают проблемы с ней связанные. Употребление мягкой воды лишает вас ценных минералов, которые можно легко получить от питья жесткой воды. Эти минералы помогут повысить общее состояние вашего здоровья и уменьшить риск некоторых заболеваний.

Те, кто считает, что жесткая вода раздражает, когда дело доходит до бытовых дел, может иметь устройства для смягчения воды для таких целей как стирка, мытьё посуды, заваривание чая, полив растений и т.п. В то же время, вы можете иметь у себя дома жесткую воду для питья. Это поможет вам получить выгоду от употребления жесткой воды и избежать негатива.

«Жесткая» вода - одна из самых распространенных проблем, причем как в загородных домах с автономным водоснабжением, так и в городских квартирах с централизованным водопроводом. Степень жесткости зависит от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквиваленте на литр (мг-экв/л). По американской классификации (для питьевой воды) при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л вода считается «мягкой», от 2 до 4 мг-экв/л - нормальной (повторяем, для пищевых целей!), от 4 до 6 мг-экв/л - жесткой, а свыше 6 мг-экв/л - очень жесткой.

Для многих применений жесткость воды не играет существенной роли (например, для тушения пожаров, полива огорода, уборки улиц и тротуаров). Но в ряде случаев жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, мытье машины жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. И вот почему:

При использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств;

Жесткая вода, взаимодействуя с мылом, образует «мыльные шлаки», которые не смываются водой и оставляют малосимпатичные разводы на посуде и поверхности сантехники; «Мыльные шлаки» также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле, что может стать причиной появления сыпи, раздражения, зуда;

При нагревании воды, содержащиеся в ней соли жесткости кристаллизуются, выпадая в виде накипи. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах и т.п., предъявляются на порядок более строгие требования по жесткости;

Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.

Понятие жесткости

Жесткость воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+) и в меньшей степени магния (Mg 2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

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

Виды жесткости

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Единицы измерения

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3).

Один моль на кубический метр соответствует массовой концентрации эквивалентов ионов кальция (1/2 Ca2+) 20.04 г/м3 и ионов магния (1/2Mg2+) 12.153 г/м3. Числовое значение жесткости, выраженное в молях на кубический метр равно числовому значению жесткости, выраженному в миллиграмм-эквивалентах на литр (или кубический дециметр), т.е. 1моль/м3=1ммоль/л=1мг-экв/л=1мг-экв/дм3.

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Примечание: Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде. Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде. Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), 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.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости.

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

Влияние жесткости

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование «мыльных шлаков» в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный «скрип» чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Под жесткостью воды понимают свойство, обусловленное присутствием в воде растворенных солей, в основном кальция и магния. Жесткость воды подразделяется па карбонатную (присутствие в ней гидрокарбонатов магния и кальция) и некарбонатную (наличие солей сильных кислот - хлоридов или сульфатов кальция и магния). Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость.

Карбонатную жесткость называют временной, так как при длительном кипячении подобной воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка карбоната кальция и выделением углекислого газа:

Ca(HCO 3) 2 = СаСО 3 +СO 2 + Н 2 O

Mg(НСО 3) 2 = Mg(ОН) 2 ↓ + 2СO 2

Жесткость воды, обусловленная наличием сульфатов магния и кальция, называется постоянной. Она может быть устранена лишь химическим путем:

CaSO 4 +Na 2 CO 3 =CaCO 3 ↓+Na 2 SO 4 .

В настоящее время для устранения жесткости используют также ионообменные смолы.

Способы устранения жесткости воды

В природной воде растворены соли кальция и магния. Это гидрокарбонаты и сульфаты. Покажем два способа осаждения гидрокарбонатов для уменьшения жесткости воды. Первый способ – кипячение. При кипячении* растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, и жесткость воды уменьшается.

С a(HCO 3 ) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Второй способ – добавление известковой воды. При добавлении известковой воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты и вода становится более мягкой.

С a(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ +2 H 2 O

Но жесткость воды зависит еще и от сульфатов кальция и магния. Сульфаты кальция и магния можно удалить с помощью карбоната натрия. При добавлении карбоната натрия сульфаты переходят в нерастворимые карбонаты кальция и магния.

CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 ↓+ Na 2 SO 4

Умягчение воды

Устранение из воды солей жесткости, т. е. умягчение её, необходимо производить для питания котельных установок, причем жесткость воды для котлов среднего и низкого давления должна быть не более 0,3 мг-экв/л. Умягчать воду требуется также для таких производств, как текстильное, бумажное, химическое, где вода должна иметь жесткость не более 0,7 -1,0 мг-экв/л. Умягчение воды для хозяйственно-питьевых целей также целесообразно, особенно в случае, если она превышает 7мг-экв/л. Применяют следующие основные методы умягчения воды:

реагентный метод - путем введения реагентов, способствующих образованию малорастворимых соединений кальция и магния и выпадению их в осадок;

катионовый метод, при котором умягчаемая вода фильтруется через вещества, обладающие способностью обменивать содержащиеся в них катионы (натрия или водорода) на катионы кальция и магния, растворенный в воде солей. А результате обмена задерживаются ионы кальция и магния и образуются натриевые соли, не придающие воде жесткость;

термический метод, заключающийся в нагревании воды до температуры выше 100°, при этом почти полностью удаляются соли карбонатной жесткости.

Часто методы умягчения применяют комбинированно. Например, часть солей жесткости удаляют реагентным способом, а оставшуюся часть с помощью катионного обмена. Из реагентных методов содово-известковый способ умягчения является наиболее распространенным. Сущность его сводится к получению вместо растворенных в воде солей Са Mg нерастворимых солей СаСО3 и Mg(OH)2, выпадающих в осадок. Оба реагента - соду Na2CO3 и известь Са(ОН)2 - вводят в умягчаемую воду одновременно или поочередно. Соли карбонатной, временной жесткости удаляют известью, не карбонатной, постоянной жесткости - содой. Химические реакции при удалении карбонатной жесткости протекают следующим образом:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О

Гидрат окиси магния Mg(OH)2 коагулирует и выпадает в осадок. Для устранения некарбонатной жесткости в умягчаемую воду вводят Na2CO3. Химические реакции при удалении некарбонатной жесткости следующие:

Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4;

Na2CO3 + СаС12 = СаСО3 + 2NaCl.

В результате реакции получается углекислый кальций, который выпадает в осадок. Реагенты, применяемые при обработке воды, вводят в воду в следующих местах:

а) хлор (при предварительном хлорировании) - во всасывающие трубопроводы насосной станции первого подъема или в водоводы, подающие воду на станцию очистки;

б) коагулянт - в трубопровод перед смесителем или в смеситель;

в) известь для подщелачивания при коагулировании - одновременно с коагулянтом;

г) активированный уголь для удаления запахов и привкусов в воде до 5 мг/л - перед фильтрами. При больших дозах уголь следует вводить на насосной станции первого подъема или одновременно с коагулянтом в смеситель водоочистной станции, но не ранее чем через 10 мин после введения хлора;

д) хлор и аммиак для обеззараживания воды вводят до очистных сооружений и в фильтрованную воду. При наличии в воде фенолов аммиак следует вводить как при предварительном, так и при окончательном хлорировании.

К специальным видам очистки и обработки воды относятся опреснение, обессоливание, обезжелезивание, удаление из воды растворенных газов и стабилизация.