Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения

Как смягчить жесткую воду в домашних условиях для питья и бытовых нужд

Избыток железа, магниевых и кальциевых солей повышает жесткость воды.

Это негативно влияет на работу бытовой техники и оборудования, состояние волос, ногтей и кожи, провоцирует развитие хронических заболеваний органов ЖКТ и сердечно-сосудистой системы.

Как же безопасно смягчить жесткую воду, используя простые и доступные способы?

Признаки повышенной жесткости

Что такое жесткость воды? Это показатель, определяющий уровень магниевых и кальциевых солей, которые входят в химический состав жидкости. Единицы измерения — моль/куб.м и мг.экв./литр.

Жесткая вода — частое явление, которое обусловлено влиянием подземных вод, насыщенных солями химических элементов. Кроме того, подобная жидкость может содержать хлоридные и фосфатные соединения, а также различные органические загрязнители.

Чтобы определить жесткость воды своими руками, рекомендуется воспользоваться специальным устройством — кондуктометром, предназначенным для замера параметра электропроводимости жидкости. Высокий показатель указывает на повышенную концентрацию солей металлов в воде.

В процессе кипячения химические соли образуют осадочную массу, но большая часть соединений попадают в человеческий организм, оседают на стенках приборов, техники и оборудования.

Какая же вода будет считаеться жесткой? Основные признаки повышенной концентрации солей следующие:

• моющие средства плохо вспениваются;
• после кипячения образуется накипь и белый налет;
• после стирки вещей и мытья посуды остаются характерные разводы;
• жесткая жидкость приобретает неприятный горький привкус;
• вода оказывает негативное влияние на эксплуатационные характеристики тканей;
• повышенная концентрация солей приводит к заболеваниям выделительной системы, а также к дряблости и сухости кожи.

Типы жесткой воды

По степени жесткости (в градусах) вода бывает:

• Мягкой (от 0 до 2 градусов). Она распространена в местности с большим количеством болот и торфяников. К этой категории также относится чистая талая вода.
• Средней (от 2 до 7 градусов). Такой тип жидкости распространен практически в любой местности. Как правило, колодец или скважина обеспечивают частные домовладения водой средней жесткости.
• Жесткой (от 7,1 до 11 градусов). Встречается на территориях с избыточным количеством химических солей и загрязнителями. Оказывает негативное воздействие на человеческий организм.
• Сверхжесткой (от 11 градусов). Природную воду жесткой делает близкое расположение пещер и шахт, поэтому для питья она не используется.

По концентрации химических веществ жесткость воды может быть:

• Постоянная. Определяется присутствием агрессивных компонентов и солей металлов, устойчивых к распадению в процессе кипячения. Для их удаления используются специальные фильтрующие системы.
• Временная. Обуславливается временным присутствием солей кальция и магния, нагрев которых приводит к распадению и образованию осадочной массы. Это означает, что убрать такие соединения можно обычной термической обработкой.

Многих потребителей интересует ответ на достаточно распространенный вопрос — как смягчить воду в домашних условиях? Существуют ли эффективные способы смягчения воды, которые можно легко реализовать на практике?

Чтобы сделать воду мягкой, рекомендуется использовать:

• термическую обработку;
• заморозку;
• реагентное воздействие;
• фильтрацию.

Устранение жесткости термической обработкой (кипячением)

Самый простой способ смягчения воды в домашних условиях — это термическая обработка, т. е. кипячение. Воздействие высоких температур приводит к разрушению ионных связей между химическими элементами и образованию осадка. Далее мягкая вода может использоваться в питьевых и хозяйственных целях.

Кипячение воды проводится следующим образом:

• жесткая вода наливается в емкость и доводится до кипения;
• после закипания вода охлаждается до комнатной температуры и переливается в чистую емкость.

Более сложный вариант предусматривает кипячение воды на протяжении часа и отстаивание в течение 24 часов.

Кипячением убирают соли металлов, пары углекислого газа, хлористых соединений и механические примеси.

Несмотря на свою востребованность и простоту, термическая обработка имеет некоторые недостатки:

• кипячение приводит к быстрому образованию известкового налета, который сложно удалить;
• кипяченая вода не подходит для полива комнатных растений;
• длительное использование жидкости после термической обработки может привести к ухудшению работы желудочно-кишечного тракта;
• вода меняет свои органолептические характеристики.

Заморозка — простой и эффективный способ

Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием. Этот способ предусматривает воздействие низких температурных режимов на соли химических элементов с образованием кристаллов. Смягчение воды в этом случае происходит постепенно, без изменения структуры жидкости.

Заморозка выполняется следующим образом:

• емкость наполняется водой и загружается в морозильную камеру;
• после заморозки 75% жидкости сливается остаток, в котором содержатся все вредные элементы;
• талая жидкость становится питьевой, значит, может быть использована для приготовления еды, полива цветов и стирки вещей из деликатных тканей.

Единственным недостатком такого способа является сложность подготовки большого объема талой воды.

Обработка химическими и пищевыми реагентами

Смягчение жесткой воды реагентами — эффективный способ борьбы с солями металлов. Воздействие химических веществ на примеси в воде приводит к образованию осадочной массы. Для этих целей используются следующие реагенты:

• Сода пищевая. Она способствует снижению кислотности и концентрации солей. Умягчение воды содой происходит следующим образом: для стирки используется 2 ч. л. на 11 литров, для приготовления еды — 1 ч. л. на 3 литра.
• Сода кальцинированная (акустическая). Применяется для смягчения жидкости, предназначенной для бытовых и хозяйственных нужд, — 2 ч. л. на 11 литров. Для пищевых целей подобную жидкость использовать нельзя.
• Лимонная и уксусная кислота, сок лимона. Натуральные пищевые реагенты, которые способствуют смягчению и окислению воды. Применяются для устранения накипи в посуде и при ополаскивании волос. Оптимальная концентрация — на 2 литра воды 1 ст. л. уксусной кислоты, 1 ч. л. лимонной кислоты или сока лимона.
• Синтетические реагенты в таблетированной и порошковой форме. Устранить повышенную жесткость можно специальными химическими веществами, разработанными для посудомоечного или стирального оборудования.

К недостаткам данного способа можно отнести:

• необходимость соблюдения точной дозировки каждого реагента;
• поддержание условий хранения специальных средств — акустической соды и синтетических смягчителей в домашних условиях в соответствии с рекомендациями производителей. Исключение составляют пищевые реагенты — сода, уксус и лимонная кислота.

Снижение жесткости фильтрующими системами

Как сделать воду мягкой, если она добывается из скважины или колодца, возведенного рядом с домом?

Для решения этой проблемы специалисты рекомендуют использовать бытовые фильтры и профессиональное оборудование для очистки воды.

• Фильтры кувшинного типа. Это самый востребованный способ очистки и смягчения водопроводной или колодезной воды. Так называется фильтр, внешне напоминающий кувшин, оснащенный угольным картриджем для очистки. Небольшой объем емкости позволяет фильтровать от 1 до 4 литров воды за один цикл. Жесткая вода, очищенная кувшинным фильтром, приобретает не только мягкость, но и специфический привкус. Периодичность замены картриджа — каждые 2 месяца.
• Ионообменные установки. Подобные фильтрующие системы представлены двумя емкостями, оснащенными специальными фильтрами на основе ионообменных смол и солевого раствора. Вначале жесткая вода попадает в резервуар со смолами, а далее поступает в емкость с соляным раствором. Почему в этом случае жидкость теряет жесткость? Поскольку происходит ее насыщение натрием, который постепенно вытесняет соли магния и кальция.
• Система обратного осмоса. Это самый эффективный способ очистки и смягчения жидкости. Установка оснащается специальным мембранным фильтром, создающим рабочее давление внутри камеры. Благодаря этому жесткая вода полностью очищается от сторонних примесей, а значит, становится мягкой.

Решить проблему повышенной жесткости воды можно своими силами, достаточно применить на практике эффективные способы или внедрить уникальную авторскую методику.

(2

Карбонатная жесткость воды: определение, понятие жесткой и мягкой воды, химические и физические свойства, единицы измерения и способы устранения проблемы

Достоверная информация о качестве питьевой воды интересует всех. Этому посвящена масса сайтов в сети, но среди них преобладают ресурсы заинтересованных сторон: производителей бутилированной воды и фильтров для очистки. Поэтому лучше разбираться в «водном» вопросе с помощью независимых информационных ресурсов и собственной логики.

Все дело в солях, а если точнее – в их количестве. Если их много, вода жесткая, мало – вода мягкая. Дистиллированная вода солей не содержит вовсе, и сразу скажем, что в качестве питьевой она однозначно не годится.

Термин «жесткая» произошел неслучайно: ткань после стирки с мылом в воде с высоким содержанием солей на ощупь была на самом деле жесткой.

Жесткая вода

Жесткость — это свойства, обусловленные содержанием в воде солей кальция, магния и некоторых других элементов.

Жесткость бывает двух видов:

1. Временная определяется гидрокарбонатами кальция и магния.
2. Постоянная обусловлена теми же кальцием и магнием, но в виде других солей – сульфатов и хлоридов.

Нас с вами интересует первый вариант, потому что именно он является карбонатной жесткостью. У нее волнообразный сезонный характер.

Дело в том, что гидрокарбонаты «подмешиваются» в природную воду во время ее протекания через горные породы типа известняков, гипса или доломитов. Если вода поверхностная, самый высокий процент «подмешивания» происходит зимой: зимняя вода относительно жестче.

Меньше всего гидрокарбонатов в весенней воде, особенно во время половодья и паводков: идет серьезная разбавляющая добавка талых и дождевых вод.

https://www.youtube.com/watch?v=n7HoCZssEeM

Подземные природные воды, в отличие от поверхностных, более жесткие и постоянные по своему составу: от сезонов они никак не зависят.

Единицы измерения карбонатной жесткости воды в России и за рубежом

В единицах измерения удивительная международная путаница. Удивительная потому, что способы и единицы измерения других процессов или предметов приведены под единые международные измерительные системы давным-давно.

Этим делом занимаются многочисленные метрологические международные и национальные организации. Почему карбонатная жесткость и другие свойства воды измеряются до сих пор в каждой стране по-своему, остается только гадать.

Судите сами:

В России это градус жесткости — 1°Ж. Согласно стандарту ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости» один российский градус жесткости равен концентрации щелочноземельного металла, равной ½ его ммоль/л. 1°Ж – 1 мг-экв/л.

Теперь единицы измерения в странах в сравнении по количеству гидрокарбонатов в кубическом дециметре воды:

• Россия: 1°Ж = 20 мг Са² или 12 мг Mg²;
• Германия: 1°DH = 1 мг СаО;
• Великобритания: 1°Clark = 10 мг СаСО³ в 0,7 дм³ воды;
• Франция: 1°F = 10 мг СаСО³;
• США: 1°ppm = 1 мг СаСо³.

С этим международным хаосом справиться можно. На многих сайтах, посвященных воде, встроены специальные таблицы и калькуляторы для перевода данных из одной системы единиц измерения в другую. Чтобы понять, к примеру, какая карбонатная жесткость приемлема для экзотических золотых рыбок со всеми данными во французском сертификате.

Нормативы содержания солей в воде

• Сначала рекомендации Всемирной организации здравоохранения:

По жесткости воды, включая карбонатную жесткость, ВОЗ никаких рекомендаций не дает. Лимиты указаны только для содержания двух щелочноземельных металлов: кальций в пределах 20–80 мг/л, а магний в пределах 10–30 мг/л.

• Российские водные нормативы конкретнее и жестче:

Жесткость воды не должна превышать 7°Ж, содержание магния — не выше 50 мг/л, а в отношении кальция никакие пределы не указываются.

• Теперь российский норматив СанПиН 2.1.4.1116-02, определяющий, какой карбонатной жесткостью воды должна обладать бутилированная вода в рамках их физиологической ценности:

Кальций допускается в очень широких пределах 20–130 мг/л; магний определен с лимитами 5,0 – 65,0 мг/л; жесткость воды допускается в границах 1,5 — 7,0°Ж. Обратите внимание, что ни один показатель не имеет нижней границы с нулевым уровнем. Это означает, что в любой марке питьевой воды должны присутствовать жесткость общая и карбонатная. Об этом чуть ниже.

Виды и свойства жесткой воды

Природные воды в основном характеризуются общей жесткостью, поэтому они делятся на группы по этому критерию:

• очень мягкая вода с содержанием солей не выше 1,5 мг-экв/л;
• мягкая вода с концентрацией солей в пределах от 1,5 до 4 мг-экв/л;
• вода средней жесткости с лимитами 4–8 мг-экв/л;
• жесткой вода является при содержании солей от 8 до 12 мг-экв/л;
• очень жесткой вода признается, если в ней находится больше 12 мг-экв/л.

Теперь внимание, несколько слов об одной очень простой химической реакции. Если прокипятить воду с растворенными в ней гидрокарбонатными солями, эти соли потеряют свою приставку «гидро» и превратятся в обычные карбонатные соли. А карбонатные соли никогда не были растворимыми, они формируются в виде осадка – той самой накипи, которую мы так не любим на дне чайника.

О накипи

В любой природной воде обязательно присутствуют хорошо растворимые гидрокарбонаты, которые при кипячении дадут нам накипь. Самое интересное, что любая бутилированная питьевая вода хорошего качества тоже даст нам накипь при кипячении. Так что тем, кто ошибочно полагает, натуральная родниковая вода не должна давать осадка при кипячении, пора освобождаться от этого стереотипа.

Не нужно бояться накипи, это вполне естественный химический процесс для любой качественной воды. Более того, если купленная вами бутилированная вода вообще не дает накипи, нужно проверить ее на содержание кальция и магния: скорее всего, их там нет в нужном количестве. Вы ведь покупали не дистиллированную воду, верно?

Настоящие жертвы жесткой воды: трубы, стояки и котлы

Соли магния и кальция выпадают осадком не только при кипячении, но и при обычных условиях. Вспомните белый налет на смесителях и трубах в ванной комнате. Это лишь то, что видно вашему глазу.

А вот водопроводные трубы крупного калибра, котлы и стояки могут быть покрыты с внутренней стороны серьезным слоем известкового налета.

Ни к чему хорошему он не приведет: трубы будут перегреваться и выходить из строя из-за свищей и формирования весьма неприятной подшламовой коррозии.

С другой стороны, слишком мягкая вода в водопроводной сети также принесет неприятности в виде коррозии металлических труб. Так что все хорошо в меру: умеренный уровень солей в воде в сочетании с контролем состояния внутренних стенок магистральных водных трубопроводов.

Ну а самый лучший способ решения «трубной» проблемы – производство и использование водопроводных труб из новых композитных материалов.

Способы умягчения воды

• Самый простой и чудесный метод – элементарное кипячение воды, о котором было написано выше.
• Простейший химический способ – добавить гашенной извести.

Если два первых метода относились к карбонатной жесткости, то с постоянной жесткостью бороться сложнее. Но и это вполне реально:

• Вымораживание льда. Нужно не до конца заморозить воду и слить оставшиеся примерно 10%. Лед разморозить, он будет свободен от солей.
• Перегонка с испарением воды, так как соли не являются летучими веществами.

Теперь промышленные технологии избавления:

• Действие магнитных полей.
• Промышленная катионная очистка с реагентами и последующим определением карбонатной жесткости.
• Самый эффективный способ – осмос с фильтрами для обмена ионами, в результате чего «жесткие» соли заменяются на «мягкие».

Карбонатная жесткость воды негативно влияет на кожу: при умывании она ее сушит кожу. В такой воде плохо образуется пена при использовании мыла или других моющих веществ. Эти факты многократно проверенны и стоит принять их во внимание.

А вот с двумя другими «страшилками», связанными с потреблением воды с высокой карбонатной жесткостью, необходимо разобраться. Речь о поражении кожи в форме экземы и мочекаменной болезни – двух самых популярных заболеваниях, приводимых производителями бутилированной воды и водных фильтров для очистки.

Формулировки в таких источниках осторожные: «есть данные, что высокая жесткость способствует образованию мочевых камней…». А если заглянуть в профессиональные ресурсы для клинических врачей, то там вполне ясные. Большинство исследований свидетельствуют о том, что жесткость потребляемой воды никак не влияет на риск образования камней.

Такая же история с экземой и диатезом у детей. Одним словом, читайте медицинские ресурсы.

Вода для аквариума и ее показатели

Для обитателей аквариумов важны оба вида жесткости воды: и постоянная, и временная карбонатная.

Многочисленные тесты определения качества аквариумной воды выпускаются для определения постоянной жесткости – уровня ионов Ca++ и Mg++.

Нормативы карбонатной жесткости в аквариуме являются обязательными, так как играют важнейшую роль в жизни рыб.

Жесткость воды в аквариуме должна находится в пределах 3-15°Ж.

Важно помнить, что обитатели аквариума активно потребляют кальций, поэтому его концентрация будет постоянно снижаться. Это нужно контролировать и поддерживать норму состава аквариумной воды также постоянно.

В качестве заключения хочется пожелать читателям грамотного и взвешенного отношения к своему здоровью. Это означает информационную независимость и умение делать собственные выводы о том, как себя вести и какую воду пить.

Жесткость воды. Соли жесткости

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:

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 (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.

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 Ca2+ или 12,15 Mg2+ в 1 дм3 воды;
1°DH = 10 мг CaO в 1 дм3 воды;
1°Clark = 10 мг CaCO3 в 0,7 дм3 воды;
1°F = 10 мг CaCO3 в 1 дм3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO3 в 1 дм3 воды.

Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м3, 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).

Нормативные требования и рекомендации

Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается.

Методы умягчения воды. Как умягчить воду. В этой статье описаны все способы умягчения воды, преимущества и недостатки каждого метода

Качество питьевой и водопроводной  воды, которую мы используем для употребления, приготовления пищи, стирки и гигиенических процедур, порой оставляет желать лучшего. В любой воде содержатся соли и вредные элементы, что делает ее жесткой.

Эта проблема актуальна не только для обитателей квартир, но и для владельцев коттеджей и дачных домов с автономным водоснабжением, например коттеджный поселок в Краснодаре.

Если вы пробили скважину или выкопали колодец, вода хоть и будет вкуснее, но процент солей в ней может быть значительно выше нормы.

Поэтому так важно своевременно применить необходимые методы умягчения воды, о которых вы узнаете из этой статьи.

Что такое жесткость воды и какая она бывает?

Под жесткостью воды подразумевается совокупность ее химико-физических свойств, уровень содержания растворенных солей, преимущественно кальция и магния (т. наз. “щелочноземельных металлов”). Различают такие степени жесткости:

• временная (карбонатная), при которой в воде присутствуют соли магния и гидрокарбонатов кальция;
• постоянная (некарбонатная), для которой характерны другие примеси, не выделяющиеся при кипячении воды — сульфатные, хлоридные и нитратные анионы.

Для определения жесткости чаще всего используется такая единица, как миллиграмм-эквивалент на литр (мг-экв/л). Существует такая классификация воды:

• жесткая – от 6,0 мг-экв/л;
• средней жесткости – в диапазоне от 3,0 до 6,0 мг-экв/л;
• мягкая – до 3,0 мг-экв/л.

Применение жесткой воды имеет следующие негативные последствия:

1. Низкие вкусовые характеристики. Вода, как правило, горьковата, иногда имеет ярко выраженный металлический привкус.
2. Ухудшение качества продуктов. Жесткая вода при хранении вызывает выпадение солей. Такой может оказаться как бутилированная вода, так и та, которая используется для изготовления соков, пива, водки. Часто на стенках бутылок остаются потеки, которые трудно отмыть даже с использованием специальных средств. Поэтому так важно регламентировать жесткость воды, применяемой в пищевой промышленности. Рекомендуемый показатель здесь — 0,1–0,2 мг-экв/л.
3. Отрицательное влияние на организм и здоровье человека. Регулярное  употребление воды с высоким содержанием солей может привести к проблемам в работе органов пищеварения и мочевой системы.
4. Пересушивание кожных покровов. Если у вас после водных процедур — принятия душа, ванны, умывания и мытья головы возникает ощущение стянутости и обезвоживания кожи, причиной этого могут быть не только используемые средства личной гигиены (мыло, гель, пенка), но и жесткая вода. Она оставляет налет на волосах и коже и создает неприятное ощущение “жесткости”.
5. Больший расход моющих средств. При стирке соли, содержащиеся в воде, активно взаимодействуют с поверхностно-активными веществами (ПАВ) стиральных порошков и связывают их. В результате вам приходится использовать значительно больше той нормы порошка, что прописана в инструкции. Кроме того, жесткая вода вредит структуре ткани.
6. Вывод из строя бытовой техники. Оседая в виде накипи на стенках или нагревательных элементах электрочайников, стиральных машин, бойлеров, избыток солей очень часто приводит к их поломкам. При нагревании жесткой воды примерно на 15-20 % увеличивается количество потребляемой электроэнергии.
7. Налет на сантехнике и поверхностях. Может откладываться внутри и снаружи водопроводных кранов, на кафельной плитке, в бачке унитаза и постепенно разрушает их. Очистить накипь очень сложно и вид она имеет непривлекательный.
8. Вред для промышленных систем. Накапливаясь в трубопроводах и на поверхности теплообменного оборудования, соли жесткой воды способны надолго вывести их из строя. Наличие солей также приводит к снижению коэффициента теплопередачи,  увеличению энергетических затрат и расхода топлива.

Способы умягчения воды

Существует несколько вариантов того, как можно сделать мягче жесткую воду:

1. Ионный.
2. Реагентный.
3. Магнитный.
4. Термический.
5. Мембранный.
6. Электромагнитный.
7. Комбинированный.

Термический метод

Этот метод подразумевает наиболее часто используемое для обработки воды в домашних условиях кипячение. При нагревании до температуры в 100°С сложные химические элементы — гидрокарбонат и сульфат кальция, распадаются.

Преимущества:

1. Простота процедуры.
2. Отсутствие необходимости приобретения и последующего ухода за специальным оборудованием для фильтрации.

Недостатки:

1. Этот способ не подходит для умягчения воды в больших количествах.
2. После обработки воды образуется осадок, который надо удалять.

Ионообменное умягчение воды

Этот способ — один из наиболее востребованных на сегодняшний день. Принцип обработки жидкости заключается в ее фильтрации через материалы, включающие мелкозернистую смолу для умягчения воды. В результате происходит обмен ионов (натриевые элементы замещают избыток кальция и магния).

Виды ионнообменных систем для умягчения воды

В зависимости от предполагаемого объема воды, отдают предпочтение более подходящему варианту:

• экономичный корпус с колбой, в который засыпаются кристаллы и по мере необходимости меняются на новые;
• картридж для умягчения воды — сменный элемент, который устанавливается в фильтр, обновлению не подлежит, только замене на новый;
• регенеративные фильтры усложненной конструкции — в таких системах происходит автоматическое обновление свойств смолы по мере необходимости.

Преимущества:

1. Высокая производительность.
2. Хорошее качество умягчения.
3. Длительный срок действия.
4. Минимальное участие в процессе обновления.

Недостатки:

1. Высокая стоимость фильтров последнего типа.
2. Необходимость личного контроля и регулярных расходов на приобретение сырья для заправки колбы или переустановки картриджа.
3. Вода пригодна для бытовых нужд, но не для приготовления пищи или питья.

Реагентные методы

К этой категории относятся несколько способов, которые зависят от типа применяемого вещества. Принцип действия — замещение или растворение жестких элементов более мягкими. Для этой цели подходят такие варианты:

• сода+соль;
• известь;
• известь+сода;
• соль для умягчения воды;
• синтетические расщепители.

Преимущества:

1. Высокая степень очистки и умягчения воды.
2. Удаляются мутные и вредные примеси.

Недостатки:

1. Образование продуктов переработки в виде твердых частиц.
2. Необходимость максимально четкого соблюдения дозировки.
3. Такая вода непригодна для питья. Исключение — вода после умягчения содовым или солевым реагентом.
4. Соблюдение особых условий хранения реагентов для обеспечения безопасности всех домочадцев, минимум — отдельное место.

Мембранное умягчение воды

Этот метод предполагает продавливание жестких примесей под давлением. Для этого используется показатель давления в 3-4 атм. и полупроницаемая мембрана, на которой оседают все вредные элементы.

Преимущества:

1. Установка такого фильтра для умягчения воды позволяет получить воду высокой степени очистки — практически дистиллированную.
2. Удаление всех нежелательных примесей, а не только тех, что влияют непосредственно на жесткость.

Недостатки:

1. Необходимость создания в водопроводе избыточного давления не меньше указанной нормы.
2. Требуется дополнительная минерализация, чтобы сделать воду пригодной для питья.
3. Высокая стоимость системы и заменяемых расходных деталей.

Магнитное умягчение воды

Принцип действия магнитного поля для фильтрации воды основан на потере способности тяжелых солей откладываться на стенках и любых других поверхностях. Специальные магниты крепятся непосредственно на водопровод, притягивают все солевые и металлизированные частицы в воде, затем удаляются в специальный отстойник, где и накапливаются.

Преимущества:

1. Качественное умягчение при невысокой интенсивности нагрузки.
2. Возможность очистки бытовых приборов и трубопроводов — магниты способствуют эффективному удалению уже образовавшейся накипи и ржавчины.
3. Снижение расхода электроэнергии.
4. Продление срока эксплуатации теплообменников в системах автономного подогрева воды.
5. Повышение производительности любой системы, например, посудомоечной или стиральной машины.

Недостатки:

1. Требует непосредственного участия человека при работе системы. Крупные куски налета и скопления требуется регулярно удалять, чтобы они не вывели из строя оборудование и не способствовали дальнейшему засору трубопроводов.
2. При сильно жесткой воде оказывают слабое влияние.
3. Дальность действия магнитов ограничена.
4. Высокая стоимость.

Комбинированное умягчение воды

Само название метода говорит об основном принципе выбора подходящей системы для умягчения воды в домашних условиях. Это сочетание нескольких вышеописанных способов для получения максимальной выгоды.

Преимущества:

1. Получение воды идеального качества для конкретных нужд.
2. Предотвращение засора и разрушения водопроводных систем и выхода из строя бытовых приборов.

Недостатки:

1. Дороговизна.
2. Сочетание недостатков каждой отдельно взятой системы.
3. Требуется профессиональный подход при комбинировании систем, что влечет дополнительные расходы на оплату услуг специалистов.

Установка умягчителя воды — видео

Заключение

Теперь вы знаете, как можно умягчить воду в домашних условиях, все плюсы и минусы каждого способа. Какому варианту отдать предпочтение — решать вам.

Но помните, что если у вас в водопроводе или скважине действительно жесткая вода, то игнорировать такую процедуру не стоит.

Заручитесь поддержкой профильных специалистов для уточнения качественных характеристик воды и возможных методов исправления ситуации. Только так вы сможете быть уверены в том, что вашему здоровью вода не навредит.

Методы умягчения воды

• 5.00 / 5 5

Умягчение воды при водоподготовке | AW-Therm.com.ua

Г. Овчинников

Высокая жесткость воды в системах отопления и ГВС негативно влияет на процессы теплообмена, увеличивая энергозатраты. Кроме того, жесткая питьевая вода вредна для здоровья человека. Для воды различного назначения используются различные методы умягчения

Умягчение воды – это процесс удаления из воды солей жесткости. Но что такое жесткость воды и почему её необходимо удалять?

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и, в меньшей степени, магния (Mg2+). 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.

В осадок могут выпадать и соли железа, марганца, стронция, но на практике все эти элементы 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+).

Виды жесткости

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

Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и именно поэтому получил название временной жесткости.

При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция, гидроксида магния и железа.

Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется, поэтому получила наименование постоянной жесткости.

Единицы измерения

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом.

За единицу жесткости принимают жесткость воды, в 1 л которой содержится 1 ммоль эквивалентов Ca2+ или Mg2+. Одна единица жесткости (1 ммоль/л) соответствует содержанию ионов кальция, равному 20,04 мг/л или ионов магния, равному 12,15 мг/л. Общую жесткость воды (H) можно вычислить по формуле:

m(X) – масса растворенного вещества, мг; M(1/zX) – молярная масса эквивалента вещества, мг/ммоль (г/моль); V – объем воды, л; M(1/zCa2+) = 20,04 мг/ммоль; M(1/zMg2+) = 12,15 мг/ммоль.

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (˚d, dH), французский градус (˚f), американский градус, ppm CaCO3.
Соотношение этих единиц жесткости представлено в табл. 1.

Таблица 1. Соотношение различных единиц жесткости

Так, один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17,86 мг/дм3 СаСО3 в воде. Один французский градус – 10 мг/дм3 СаСО3 в воде, а американский градус эквивалентен 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

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

Так, в Германии применяются нормы жесткости Немецкого института стандартизации (DIN 19643), а в США – классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды (USEPA) в 1986 г. (табл. 2).

Таблица 2. Классификация различных типов жесткости

Какая вода мягче

Обычно в маломинерализованных водах преобладает жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50–60%).

С увеличением степени общей 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 океаническая вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/л).

Последствия жесткости

Жесткая питьевая вода горьковата из-за магния на вкус и оказывает отрицательное влияние на органы пищеварения. По нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,0–2,0 мг-экв/л.

В жесткой воде плохо развариваются продукты питания, так как катионы кальция с белками пищи образуют нерастворимые соединения; их питательная ценность уменьшается. Постоянное употребление жесткой воды может привести к отложению солей (мочекаменная болезнь) в организме человека.

В такой воде плохо завариваются чай, кофе. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию накипью нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу ее из строя, оставляют налет на волосах и коже человека, создавая неприятное ощущение их «жесткости».

Жесткость воды, используемой для приготовления различных продуктов, четко регламентирована и находится на уровне 0,1–0,2 мг-экв/л.

Жесткая вода образует накипь на стенках нагревательных котлов, батареях и пр., чем существенно ухудшает их теплотехнические характеристики, уменьшает свободное сечение трубопроводов.

Трубопроводы зарастают накипными отложениями настолько, что их производительность падает в несколько раз. Поэтому в тех процессах, где допустимо использование воды с некоторым содержанием солей, ее жесткость ограничивается еще меньшими значениями – 0,03–0,05 мг-экв/л.

Накипь на нагревателях стиральных машин выводит их из строя. При стирке, взаимодействуя с поверхностно-активными веществами (ПАВ) мыла или стиральных порошков, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода. Жёсткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических процессов, например при покраске, в электрохимии и так далее.

Удаление солей

Процессы извлечения из воды солей Ca2+ и Mg2+ в водоподготовке называют умягчением воды.
Относительно селективное удаление солей жесткости из воды может производиться методами:

• термической обработки;
• дистилляции;
• реагентного умягчения;
• вымораживания;
• магнитной обработки;
• ультразвуковой обработки;
• ионного обмена;
• обратного осмоса.

Также известны методы обработки воды (электромагнитное воздействие, добавление полифосфатов или других «антинакипинов»), позволяющие на время «связать» соли жёсткости, не давая им в течение какого-то времени выпасть в виде накипи. Однако эти методы не нейтрализуют соли жёсткости химически, фактически не удаляют их и поэтому нашли ограниченное применение в водоподготовке технической воды.

Термическое умягчение

Этим способом избавляются от временной жёсткости, обусловленной гидрокарбонатами кальция и магния. При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются с образованием осадка среднего или основного карбоната:

Ca(HCO3)2 = СаСО3↓+ СО2↑+ Н2О,
Mg(HCO3)2 = Мg2(ОН)2СО3↓+3СО2↑+ Н2О.

В результате, жёсткость воды снижается. Именно поэтому гидрокарбонатную жёсткость называют временной.

С ионами железа реакция протекает сложнее из-за того, что FeCO3 неустойчивое в воде вещество. В присутствии кислорода конечным продуктом цепочки реакций оказывается Fe(OH)3, представляющий собой темно-рыжий осадок. Поэтому, чем больше в воде железа, тем сильнее окраска у накипи, которая осаждается на стенках и дне сосуда при кипячении.

Таким образом, при кипячении воды в быту одновременно происходит и процесс частичного её умягчения.

Дистилляция

Дистилляция является традиционным, эффективным и надежным методом, обеспечивающим высокую степень очистки высокоминерализованных вод с большим солесодержанием и жёсткостью.

Общий принцип получения воды этим методом заключается в следующем: питьевая вода, прошедшая предварительную подготовку, поступает в дистиллятор, состоящий из трех основных узлов: испарителя, конденсатора и сборника.

Испаритель с водой нагревают до кипения. Пары воды поступают в конденсатор, где они сжижаются и в виде дистиллята поступают в сборник. Все нелетучие примеси, находившиеся в исходной воде, остаются в дистилляторе.

Для получения очищенной воды используют дистилляторы, которые отличаются друг от друга по способу нагрева, производительности и конструктивным особенностям.

Метод однократной дистилляции неэкономичен, так как при его использовании велики энергозатраты на нагрев и испарение (около 3000 кДж на 1 кг пара), а также затраты воды на конденсацию пара (около 8 л воды 1 кг пара). Поэтому использование однократной дистилляции целесообразно для малых потреблений воды – 10–20 л/ч.

Более эффективными и экономичными, по сравнению с обычной дистилляцией, являются высокоэффективные многоколоночные дистилляторы. Но они чрезвычайно дороги, к тому же высоки затраты на предподготовку воды для них.

Стоит отметить, что метод дистилляции удаляет все растворённые соли в исходной воде.

Применение реагентов

Различают умягчение воды известкованием, содо-известкованием и содово-натриевый метод умягчения воды.

При известковании в раствор добавляют гашеную известь Ca(OH)2 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2Н2O,
Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + 2СaCO3 + 2Н2O.

Данный способ используют при высокой карбонатной и низкой некарбонатной жесткости воды, когда требуется одновременное снижение жесткости и щелочности. Остаточная жесткость на 0,4–0,8 мг-экв/л превышает некарбонатную жесткость.

При содо-известковании в воду добавляют гашеную известь Ca(OH)2 и соду Na2CO3 до рН около 10. В результате протекают реакции:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2CaCO3+ 2NaOH + Н2СО3,
Mg(HCO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2 + 2NaHCO3.

Как следует из уравнений реакций, в процессе образования и осаждения осадка из воды извлекаются соли жесткости. Вместе с ними удаляются коллоидные и взвешенные частицы с ассоциированными на них загрязнениями. На хлопьях осадка частично сорбируются органические загрязнения воды.

При содо-известковании за счет избытка ионов HCO3 достигается бoльшая полнота удаления из воды солей жесткости. Повышение температуры до 70–80 °С позволяет довести остаточную жесткость до 0,35–1,0 мг-экв/л. Того же результата можно достигнуть увеличением доз реагентов.

Содово-натриевый метод

Добавление соды необходимо в том случае, если некарбонатная жесткость больше чем карбонатная. При равенстве этих параметров добавление соды может и не понадобиться совсем.
Гидрокарбонаты кальция и магния в реакции со щелочью образуют малорастворимые соединения кальция и магния, соду, воду и углекислый газ:

Ca(HCO3)2 + 2NaOH = CaCO3↓+ Na2CO3 + 2H2O,
Mg(HCO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓+ Na2CO3 + H2O + CO2↑.

Образовавшийся в результате реакции гидрокарбоната магния с щелочью углекислый газ снова реагирует с щелочью с образованием соды и воды:

CO2 + NaOH = Na2CO3 + H2O.

Некарбонатная жесткость

Сульфат и хлорид кальция реагирует с образовавшейся в реакциях карбонатной жесткости и щелочи содой и добавленной содой с образованием не прикипающего в щелочных условиях карбоната кальция:

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓+ 2NaCl,
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓+ Na2SO4.

Сульфат и хлорид магния реагируют со щелочью, образуя выпадающий в осадок гидроксид магния:

MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2↓+ Na2SO4,
MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓+ 2NaCl.

Ввиду того, что в реакциях гидрокарбоната со щелочью образуется сода, которая в дальнейшем реагирует с некарбонатной жесткостью, ее количество необходимо коррелировать в соотношении карбонатной (Жк) и некарбонатной (Жнк) жесткости:

• при их равенстве соду можно не добавлять;
• при условии Жк > Жнк образуется избыток соды;
• при соотношении Жк < Жнк – недостаток соды и ее необходимо добавлять.

Процессы осаждения осуществляются в отстойниках и осветлителях со взвешенным слоем осадка.

Отстойники малопроизводительны, и получаемая в них гидроксидная пульпа имеет высокую влажность – 97–99%. Поэтому они в настоящее время практически не применяются.

На практике используются различные варианты осветлителей со взвешенным слоем осадка. В них очищаемый раствор подается снизу и проходит через слой осадка. Это увеличивает коэффициент очистки воды.

Реагентные методы в подготовке питьевой воды не используются. После них вода имеет сильнощелочную реакцию. Поэтому реагенты широко применяются в энергетике и промышленности как первая ступень очистки до механических фильтров. При совместной работе они позволяют умягчить воду, удалить взвешенные вещества, включая коллоиды, и частично очистить воду от органических веществ.

Вымораживание

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Для этого необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда останется примерно 10% жидкости от первоначального количества, необходимо слить не замершую воду, а лёд превратить обратно в воду. Все соли, которые образуют жёсткость, остаются в незамерзшей воде.

Наряду с дистилляцией, это одновременно один из способов опреснения высокоминерализованных вод до питьевого качества.

Другие методы

Метод электродиализа основан на явлении направленного движения ионов электролита к электродам, подключенным к сети постоянного тока. Таким образом, ионы металлов, обуславливающие жесткость воды, задерживаются у электродов и отделяются от воды, выходящей из аппарата водоочистки.

Магнитно-ионизационный метод также использует явление направленного движения ионов, но уже под действием магнитного поля. Для увеличения в воде количества ионов ее предварительно облучают ионизирующим излучением.

Магнитная обработка воды заключается в пропускании воды через систему магнитных полей противоположной направленности. В результате этого происходит уменьшение степени гидратации растворенных веществ и их объединение в более крупные частицы, которые выпадают в осадок.

Ультразвуковая обработка воды также приводит к образованию более крупных частиц растворенных веществ с образованием осадка.
Ионообменный способ и обратноосмотические процессы целесообразно подробно рассмотреть во второй части статьи, которую мы опубликуем в нашем журнале в следующем номере.

Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!

Вам также может понравиться