Особенности постоянной жесткости воды

Постоянная и временная жесткость воды

Нет для человеческого организма важнее соединения на Земле, чем пресная вода. Без него невозможно существование жизни. Этот ресурс незаменим в промышленности, быту и сельском хозяйстве. Здоровье человека напрямую зависит от состава питьевой воды. По данным ВОЗ, 92% всех заболеваний человека связано с использованием для питьевых и хозяйственных нужд некачественной воды. Качество содержимого водного источника характеризуется множеством различных свойств, важное место среди которых занимает жесткость воды временная и постоянная. Повышенная жесткость воды наносит вред здоровью: способствует формированию камней в почках, сушит кожу, вызывая зуд и образование перхоти, замедляет процесс приготовления мясных продуктов. Домашние приборы и водогрейное оборудование также страдают от избытка солей карбонатной жесткости воды: при кипячении образуется накипь, а от плохо мылящихся моющих составов образуются несмываемые налеты.

Что такое карбонатная и не карбонатная жесткость в воде

Жесткость воды входит в число основных параметров, определяющих качественный состав водного источника. Эта величина отражает концентрацию в водном растворе ионов щелочноземельных металлов: Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ . Так как содержание ионов магния и кальция в подземных водах намного выше совокупного количества всех остальных ионов, общей жесткостью считают сумму ионов Ca и Mg в воде. Она в свою очередь состоит из карбонатной и некарбонатной жесткости воды. Первая зависит от насыщения водного раствора гидрокарбонатами кальция и магния, а вторая — хлоридами, нитратами, сульфатами, фосфатами и силикатами тех же металлов.

Фильтры от жесткости воды

Прежде чем попасть в кран или скважину, вода проходит долгий путь по подземным водоносным горизонтам, образованным разными богатыми кальцием и магнием горными породами: известняком, доломитом. Минералы взаимодействуют с присутствующими в воде газами и обогащают водный раствор солями щелочноземельных металлов. Ветровое разрушение горных пород и биохимические реакции в почвах также способствуют насыщению природных водных пластов элементами, влияющими на жесткость. Чем глубже расположен источник, тем выше общая, временная и постоянная, жесткость воды. С изменением времени года жесткость меняется: зимой она всегда высокая, а с таянием льдов достигает минимальных отметок.

Виды жесткости воды: общая, временная и постоянная

Общее количество растворенных ионов щелочноземельных металлов составляют общую жесткость, которая складывается из временной и постоянной.

Разные соли Ca и Mg составляют разную жесткость. В воздухе в достаточной концентрации содержится CO2, и он же содержится в растворенной форме в природных источниках. При взаимодействии CO2 с водой образуются гидрокарбонат-ионы:

Эквивалентное концентрации образованного гидрокарбонат-иона количество кальциевых и магниевых ионов составляет карбонатную жесткость воды. Временная или карбонатная жесткость воды прямо зависит от содержащихся в водном растворе гидрокарбонатов Mg(HCO3)2 и Ca(HCO3)2, а постоянная жесткость воды — это находящиеся в растворе все остальные соединения Ca и Mg с кислотными остатками азотной, серной, соляной сильных кислот и менее агрессивной фосфорной и кремниевой. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости составляет общую жесткость воды. Гидрокарбонат-ионы, отражающие карбонатную жесткость в воде, являются буферными и нивелируют кислотно-щелочной баланс водного раствора.

Наблюдая образование накипи на поверхностях и нагревательных элементах бытовых приборов, вряд ли кто-то задумывается о том, что в виде белого нароста уходит только временная жесткость из воды, а постоянная остается. От карбонатной жесткости можно практически на 100% избавиться при нагревании воды до 100°С на протяжении 50 минут. Это дает возможность называть ее временной или устранимой. Гидрокарбонаты Mg и Ca разлагаются с выпадением осадков MgCO3 и CaCO3.

Кипячение приводит к уменьшению общей жесткости воды путем устранения временной жесткости и перевода гидрокарбонатов в нерастворимые соединения. Постоянная жесткость воды остается неизменной. Сульфаты, хлориды, нитраты Ca и Mg остаются в растворенном виде в водном растворе и влияют на показатель мягкости.

Для правильной работы органов человека и функционирования оборудования имеет значение и постоянная, и временная жесткость воды. Здесь важно равновесие. Высокая концентрация солей магния и кальция отрицательно сказывается на состоянии сосудов и функционировании ЖКТ, способствует формированию камней в почках. Слишком мягкая вода нарушает водный и солевой баланс организма.

От высокой жесткости воды, карбонатной и не карбонатной, зависит вспенивание моющих веществ. В жесткой воде в привычном натриевом мыле Ca-ионы замещают Na-ионы при намыливании, образуя хлопья неэффективного «кальциевого мыла». И пока кальциевая жесткость не будет удалена этим способом, формирование мыльной пены не начинается. На 1 ммоль/л общей жесткости для такого смягчения воды в теории уходит 310 мг мыла, на практике — до 540.

Высокий показатель общей карбонатной жесткости воды является причиной образования накипи на стенках водогрейных приборов, труб, отопительном оборудовании. Накипь существенно укорачивает рабочий ресурс техники, препятствуя нормальному нагреву и уменьшая производительность, засоряет сантехнику. В это же время особо мягкая вода с величиной жесткости менее 1,9 ммоль/л имеет пониженную щелочность. Это становится причиной развития коррозионных процессов в водопроводных системах. Правильно установленный баланс постоянной и временной жесткости воды поможет сохранить здоровье и продлить срок службы нагревательному оборудованию и водопроводным трубам.

Как рассчитать общую и карбонатную жесткость воды

Для определения количества растворенных ионов щелочноземельных металлов в образце воды используют несколько способов. В домашних условиях можно применить экспресс-тесты на определение карбонатной и некарбонатной жесткости, имеющиеся в свободной продаже. Они дают результат с погрешностью, но проведение эксперимента не требует дополнительных затрат и занимает минимум времени.

В соответствии с ГОСТ 31954-2012 общую временную и постоянную жесткость воды определяют комплексонометрией. При таком титриметрическом методе ионы металлов (железа, цинка, марганца, кадмия, кобальта, алюминия, свинца, меди) и часть органических веществ оказывают мешающее влияние на установление эквивалентной точки концентрации. Ортофосфат и карбонат кальция могут осаждаться в условиях проведения титрования. При невозможности устранить мешающее воздействие, измерение жесткости проводят методом атомной спектрометрии.

Смягчить воду

В основе комплексонометрии лежит титрование отобранной водной пробы в присутствии буфера — аммиачного раствора — при рН = 9 и индикатора раствором Трилона Б до изменения цвета индикатора. Наименьшая определяемая жесткость воды — 0,1 Жо. При титровании воды с повышенной жесткостью раствором динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты образуется комплексное соединение, связывающее ионы Ca и Mg. Когда все ионы связаны, индикатор изменяет окраску. Титрование прекращается.

Общую жесткость в пробе водного раствора, Жо, высчитывают по уравнению:

С2 — молярная концентрация эквивалента ЭДТА, моль/л;

V1 — объем воды, взятой для анализа, мл;

V2 — объем раствора ЭДТА, мл;

1000 — коэффициент пересчета моль/л в ммоль/л.

Чтобы определить карбонатную жесткость воды, применяют титрование кислотой (HCL). Индикатор метилоранж меняет окраску, когда в растворе появляется малый избыток кислоты. Способ основан на взаимодействии соляной кислоты с гидрокарбонатами:

Титрование проводят 2 — 3 раза. Для вычислений берут средний результат.

Расчет карбонатной жесткости воды осуществляют следующим образом:

Жк = Vк • Cк • 1000 / VB,

Жк — карбонатная жесткость воды, ммоль/л экв Ca 2+ и Mg 2+ ;

Vк — количество кислоты, затраченное на титрование, мл;

Ск — молярная концентрация эквивалента HCl;

VB — объем пробы воды, мл.

Постоянную жесткость воды Жнк можно найти, зная общую и карбонатную:

В зависимости от концентрации ммоль/л ионов магния и кальция, воду разделяют на несколько типов по степени жесткости:

  1. Особо мягкая — ниже 1,6 ммоль/л;
  2. Мягкая — в пределах 1,6 — 3,9 ммоль/л;
  3. Средне-жесткая — в пределах 3,9 — 7,9 ммоль/л;
  4. Жесткая — в пределах 7,9 — 11,9 ммоль/л;
  5. Особо жесткая — выше 11,9 ммоль/л.

Как устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды

Умягчение воды

Удалить жесткость возможно бытовыми способами и профессиональной очисткой воды с помощью фильтров. Уменьшение жесткости, или умягчение, воды заключается в удалении ионов Ca и Mg. В домашних условиях, чтобы понизить временную жесткость воды, достаточно просто ее вскипятить. При кипячении гидрокарбонаты переходят в нерастворимые формы карбонатов магния и кальция и выпадают в осадок. Однако этот способ связан с временными затратами на остывание вскипяченной воды, удалением накипи с посуды и малыми объемами готовой к использованию воды.

Избавиться от жесткости в воде можно замораживанием или дистилляцией. Однако в этом случае получаем дистиллированную воду, которая непригодна для питья, поскольку вымывает полезные минералы из организма, но широко применяется во многих технологических процессах в промышленности.

Умягчить жесткую воду можно введением химических реагентов. Временную или карбонатную жесткость воды понижают добавлением гашеной извести. А при одновременном введении извести и соды можно устранить карбонатную и некарбонатную жесткость в воде. Временная жесткость удаляется известью, а постоянная — содой.

Для работы с большими объемами воды рекомендуется использовать профессиональную очистку от постоянной и временной жесткости фильтрами непрерывного умягчения воды с помощью ионообменных смол. Применяют методы Na и H-Na катионирования, Na-CL ионирования воды. Объединение в одном фильтре смешанного действия анионита и катионита оптимизирует показатели чистоты получаемого раствора.

Универсальные загрузки Экотар, Экомикс помогают не только удалить карбонатную и постоянную жесткость из воды, но и избавить водный раствор от железа и органических примесей. Вода проходит комплексную очистку в пять ступеней благодаря специально подобранной смеси загрузки ионообменных смол и сорбционных веществ. Регенерация фильтров типа Экотар, Экомикс производится с помощью солевого раствора NaCl.

Одним из эффективных и удобных в применении способов устранения жесткости является обратный осмос. Водные растворы проходят через полупроницаемые мембраны, оставляя на них практически все находящиеся в водном растворе вещества. Обратноосмотические установки отличаются простотой обслуживания, хорошей производительностью и экономичностью.

Выбираем фильтры для устранения жесткости воды

Качество воды играет определяющую роль в работе оборудования. Жесткая вода способна навредить любому технологическому процессу в каждой отрасли промышленности. Повышенное содержание солей жесткости — причина развития многих заболеваний при регулярном употреблении ее для питья. Свойства жесткой воды не дают полноценно использовать ее для бытовых нужд, увеличивают расход моющих средств и портят вещи.

Позаботьтесь о качестве воды вместе с нашей компанией. Мы предлагаем весь спектр оборудования для устранения постоянной и временной жесткости воды, включая фильтры умягчения, мультизагрузки Экотар и Экомикс, мембранные установки на основе технологии обратного осмоса. Получить подробную консультацию и сделать заказ можно по телефону или электронной почте. Оформление заявки также возможно в специальной форме обратной связи на сайте.

Заявка на подбор оборудования

Разновидности жесткой воды: временная и постоянная

Жесткость воды можно определить как содержание растворенных в ней солей магния, кальция, а также ряда других элементов из периодической таблицы Д. И. Менделеева. К примеру, это могут быть соли железа и марганца, однако, содержание последних в воде, как правило, на порядок ниже в сравнении с содержанием солей кальция и магния, поэтому, говоря об общей жесткости воды, подразумевают именно содержание в воде растворенных солей кальция и магния. Общая жесткость включает в себя временную и постоянную жесткость, которые также иногда называют карбонатной и некарбонатной, соответственно.

Временная (карбонатная жесткость): Имеет обозначение KH. Она напрямую зависит содержания в воде гидрокарбонатов и карбонатов магния и кальция. Карбонатная жесткость называется временной, поскольку она может быть устранена путем кипячения воды. При кипячении данные соли выпадают в осадок и образуют накипь. Карбонатная жесткость определяет буферные свойства воды, в связи с чем, препятствует резким колебаниям уровня pH воды. Этот тип жесткости определяет ее пригодность для использования в быту, поскольку образование накипи на сантехнике и водонагревательных элементах бытовых приборов может легко вывести их из строя.

Постоянная жесткость (некарбонатная жесткость): Имеет обозначение GH. Она обусловлена количественным содержанием в воде хлоридов, сульфатов и ряда других солей магния и кальция. При кипячении воды, такие соли в осадок выпадать не будут. Именно эта разновидность жесткости определяет степень пригодности воды для целей питья и приготовления пищи, т.к. ввиду невозможности ее удаления посредством кипячения, все соли кальция и магния, определяющие данные тип жесткости, попадут в организм человека. Кальций и магний – важнейшие макроэлементы, необходимые для нормального функционирования человеческого организма, однако, все хорошо в меру, и потребление воды с избыточным содержанием солей кальция и магния на протяжении длительного периода времени может привести к развитию мочекаменной болезни. Данный показатель может быть снижен путем применения технологии – смягчение.

Успешно справиться с избыточной жесткостью поможет фильтр, в котором реализована технология смягчения воды, которая позволит привести качество воды по данному показателю к приемлемому уровню.

Акваловер

Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам

Общая, постоянная и временная жесткость воды

Самое читаемое

Пищеварительная система рыб. Строение и функции
Кровеносная система рыб. Органы кроветворения и кровообращения
Шкала общей жесткости воды

Жесткость воды — это ее свойство, зависящее от наличия в ней, главным образом, растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Это один из важнейших параметров пресной воды, напрямую влияющий на жизнедеятельность и разведение рыб и растений. Пресные воды сильно отличаются по жесткости.

Общая жесткость воды образуется из двух составляющих: карбонатной (временной), обусловленной концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатной (постоянной), обусловленной концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

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 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.

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↑

Таким образом, временную жесткость можно уменьшить или полностью устранить путем длительного кипячения, поэтому она и «временная». Соли жесткости, выпадающие в осадок, это соединения щелочноземельных металлов и слабых кислот.

Жесткость, сохраняющаяся в воде после кипячения, называется постоянной. Ее образуют сульфаты, хлориды, нитраты, силикаты и фосфаты, и ее значение нельзя уменьшить, прокипятив воду. Соли, которые не создают накипи, но влияют на общую жесткость воды, являются соединениями щелочноземельных металлов с сильными кислотами, такими как серная, соляная, азотная, плавиковая и другие.

С изменением или устранением временной жесткости снижается и общая жесткость воды. Поэтому показатель жесткости столь же непостоянен, как и другие показатели воды.

Таким образом, общая жесткость воды складывается из постоянной и временной. Для аквариумиста имеет значение временная (карбонатная) жесткость кН и общая gH жесткость, являющаяся суммой временной и постоянной жесткости.

Жесткость — это свойство воды, обусловленное количеством растворенных в ней катионов металлов. Она напрямую влияет на все процессы, происходящие в биотопе. Общая жесткость состоит из временной и постоянной. Временная жесткость обусловлена концентрацией гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная — концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

Кирилл Мантуров
Меня зовут Кирилл! А это мой блог про строительство и ремонт!Я простой работяга, больше 10 лет работаю на стройках. Люблю свою жену Людмилу и сына Олега! Всем мир! :)
Оцените автора
Блог РемСтрой-Про
Добавить комментарий