Чему равна жесткость воды

Чему равна жесткость воды

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).

Содержание

Жесткая и мягкая вода [ править | править код ]

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне. Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. [ источник не указан 401 день ] Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения [ править | править код ]

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca 2+ или 12,16 миллиграмм Mg 2+ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости» [1] . По новому ГОСТу жёсткость 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).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Градус Обозначение Определение Величина
°Ж ммоль/л
Немецкий °dH (deutsche Härte),

°dGH (degrees of general hardness),

°dKH (для карбонатной жёсткости)

1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды 0,3566 0,1783 Английский °e 1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды 0,2848 0,1424 Французский °TH 1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды 0,1998 0,0999 Американский ppm 1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды 0,0200 0,0100

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж [2] ). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения [ править | править код ]

  • Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

C a ( H C O 3 ) 2 → o t C a C O 3 ↓ + C O 2 + H 2 O <displaystyle <mathsf <3>)_<2><xrightarrow[<>]<^t>>CaCO_<3>downarrow +CO_<2>+H_<2>O>>>

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Читайте также:  Как правильно заколоть поросенка

  • Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

C a ( H C O 3 ) 2 + C a ( O H ) 2 → 2 C a C O 3 ↓ + 2 H 2 O <displaystyle <mathsf

<3>)_<2>+Ca(OH)_<2>
ightarrow 2CaCO_<3>downarrow +2H_<2>O>>>

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3 C a ( H C O 3 ) 2 + 2 N a 3 P O 4 → C a 3 ( P O 4 ) 2 + 6 N a H C O 3 <displaystyle <mathsf <3Ca(HCO_<3>)_<2>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Ca_<3>(PO_<4>)_<2>+6NaHCO_<3>>>> 3 M g S O 4 + 2 N a 3 P O 4 → M g 3 ( P O 4 ) 2 ↓ + 3 N a 2 S O 4 <displaystyle <mathsf <3MgSO_<4>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Mg_<3>(PO_<4>)_<2>downarrow +3Na_<2>SO_<4>>>>

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

  • Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.

В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

  • Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:

  • необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
  • относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
  • низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
  • Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

Электромагниты. Постоянное воздействие (обработка) исходной воды преобразователем солей жесткости в воде серии «ТермоПлюс-М». Под действием электромагнитных волн в диапазоне звуковой частоты (от 1 до 10 000 Гц) бикарбонат кальция, содержащийся в исходной воде, переходит в нерастворимый карбонат кальция. В реакцию вступает 1-2% солей жесткости. При этом карбонат осаждается не на стенках труб и оборудования, а в объеме воды. Этот процесс описывается следующим химическим уравнением: Ca (HCO3)2 = CaCO3 + H2 CO3 бикарбонат = карбонат + угольная кислота. Высвобожденные таким способом положительные и отрицательные ионы соединяются в результате взаимного притяжения, и в воде образуются Арагонитовые (Арагонит — нестабильная фаза карбоната кальция) кристаллы (высокодисперсная взвесь), не образующие накипи. Так как побочным продуктом при образовании арагонитовых кристаллов является углекислый газ, то вода, обработанная таким способом, имеет свойства дождевой воды, т.е. способна растворять в трубопроводе существующие твердые карбонатные отложения.

Клиническое значение [ править | править код ]

Постоянное употребление жесткой воды может вызвать нарушение минерального баланса организма (например, моче- или почечнокаменную болезнь) [ источник не указан 1835 дней ] .
Использование жесткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш»: от экземы к пищевой аллергии и астме. [3]

Различают жесткость временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную).

Временная (карбонатная) жесткость (Жв) обусловлена присутствием в природной воде ионов Ca 2+ , Mg 2+ , d- и f-элементов (Fe 3+ , Zn 2+ , Mn 2+ и др.), которым в воде соответствуют анионы гидрокарбоната (HCO3 – ) (в молекулярной форме Са(HCO3)2, Mg(HCO3)2 и др.). Термин временная жесткость указывает на возможность устранения ее при кипячении.

Постоянная (некарбонатная) жесткость (Жп) обусловлена присутствием в природной воде ионов Ca 2+ , Mg 2+ , d– и f-элементов, которым в воде соответствуют анионы, не разлагающихся при кипячении (Cl – , SO4 2 – , NO3 – , Br – и др.), прежде всего хлоридов и сульфатов (в молекулярной форме CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4 и др.). Термин постоянная жесткость указывает на невозможность устранения ее кипячением.

Общей жесткостью воды (Жо) называется суммарная карбонатная и некарбонатная жёсткость: Жо = Жв + Жп.

Читайте также:  Симптомы рака кости у собак

Величина жесткости в настоящее время в России характеризуется суммарным числом миллимоль-эквивалентов (ммоль-экв) определяющих ионов Ca 2+ , Mg 2+ , d- и f-элементов в 1 л воды и имеет размерность [ммоль-экв/л]. Один ммоль-экв жесткости отвечает содержанию 20,04 мг/л Ca 2+ , или 12,16 мг/л Mg 2+ .

Жесткость воды (ммоль-экв/л) можно рассчитать по формуле:

где m – масса растворенной соли, г; Э – молярная масса эквивалента этой соли, г/моль; V – объем пробы воды, л.

Задача 1. Определите временную, постоянную и общую жесткость природной воды, в 1 м 3 которой содержится данная масса следующих солей.

100 г MgSO4, 150 г FeCl2, 150 г NaNO3, 50г Ca(HCO3)2

Для решения задачи нужно определить, какие из приведенных солей, являются солями жесткости.

Жесткость воды обусловлена присутствием катионов Ca 2+ , Mg 2+ , а также катионов d и f-элементов (Fe 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ и другими). Таким образом, соль NaNO3 не будет солью жесткости и для расчетов будут использоваться только массы солей MgSO4 , FeCl2, Ca(HCO3)2

Найдем эквивалентные массы этих солей:

Э(MgSO4) = = = 60 г/моль-экв

Э(FeCl2) = = = 63,5 г/моль-экв

Э(Ca(HCO3)2) = = = 81 г/моль-экв

Соли MgSO4 и FeCl2 определяют постоянную жесткость воды, поэтому:

Жпост= + = + =

Соль (Ca(HCO3)2) определяет временную жесткость воды, поэтому:

Жврем = = = 0,61 ммоль-экв/л

Общая жесткость воды:

Жобщ = Жпост + Жврем = 2,36 ммоль-экв/л +0,61 ммоль-экв/л = 2,97 ммоль-экв/л

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Сдача сессии и защита диплома — страшная бессонница, которая потом кажется страшным сном. 9065 — | 7314 — или читать все.

Жесткость воды. Мягкая вода. Жесткая вода. Перевод единиц (градусов) жесткости воды. Нормы жесткости воды. Таблицы значений жесткости воды.

  • жёсткой называется вода с большим содержанием солей ,
  • мягкой с малым содержанием

"Жёсткая" вода — исторически: ткань, постиранная с использованием мыла на основе жирных кислот в жёсткой воде — более жёсткая на ощупь. Этот факт объясняется, с одной стороны, отложением на ткани кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

  • временная (карбонатная) жёсткость, — обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2,
  • постоянная (некарбонатная) жёсткость — вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

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.

Нормы жесткости воды — в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:

Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:

Жесткость воды в некоторых городах мира — данные МВК — неизвестной достоверности 🙂

Жесткость, °Ж Кальций, мг/л Магний, мг/л
Москва 2,0-5,5 46 11
Париж 5,0-6,0 90 6
Берлин 5,0-8,8 121 12
Нью-Йорк 0,3-0,4 6 1
Сидней 0,2-1,3 15 4

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. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
  • 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.
    • Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):
      • кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.
      • По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана
      • Перевод единиц и градусов жесткости воды — в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:

        Перевод единиц жесткости воды в пересчете по кальцию. Вполне можно пользоваться вне зависимости от реального состава жесткости.

        °Ж
        = 1 мг-экв/л
        mmol/L ppm, mg/L dGH, °dH gpg °e, °Clark °fH
        1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это: 1 0,5 50,05 2,804 2,924 3,511 5,005
        1 ммоль/л = mmol/L это: 2 1 100.1 5.608 5.847 7.022 10.01
        1 американский° ppmw = mg/L = American degre: 0,01998 0.009991 1 0.05603 0.05842 0.07016 0.1
        1 немецкий° dGH, °dH это: 0,3566 0.1783 17.85 1 1.043 1.252 1.785
        1 американская популярная ед.
        gpg это:
        0,342 0.171 17.12 0.9591 1 1.201 1.712
        1 английский °e, °Clark это: 0,2848 0.1424 14.25 0.7986 0.8327 1 1.425
        1 французский °fH это: 0,1998 0.09991 10 0.5603 0.5842 0.7016 1
        Пример: 1 °Ж = 50,05 ppm
        • американские градусы жесткости воды, внимание тут два пункта:
        • gpg = Grains per Gallon: 1 гран (0.0648 г) CaCO3 в 1 американском галлоне (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО3 — это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
        • американский градус = ppmw = mg/L = American degre: 1 часть CaCO3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO3
        Читайте также:  Крокодил с длинным носом
      • английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 гран (0.0648 г) в 1 английском галлоне (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO3
      • французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO3
      • немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = "немецкая жесткость" может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция – СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния – MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO
      • русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO3 or 20.04 мг/л Ca2+
      • ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO3 or 40.08 мг/л Ca2+
      • Методы устранения жесткости воды

        • Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
        • Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O.
        • Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.
        • Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:
        • Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
      • Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
        • 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3
        • 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
        • Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.
          • Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование.
          • При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.
          • В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.
          • Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.
          • Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).
          • В качестве недостатков данного метода следует отметить:
          • — необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
          • — относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
          • — низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
          • Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

          Ссылка на основную публикацию
          Чем стригут ногти кошкам
          Подстригать кошке когти самостоятельно нужно с большой осторожностью, использовать для этого только специальные приспособления, когтерезки, тщательно подготовиться к процедуре. Нельзя...
          Чем лучше глистогонить щенка
          Глисты представляют серьезную угрозу для организма собаки. Выделяемые паразитами токсины отравляют организм животного, а их большое скопление может вызвать закупорку...
          Чем можно вывести запах мочи кота
          Какой бы радостью не являлись питомцы в доме, их проживание в одном помещении с человеком может принести проблемы. В особенности,...
          Чем убрать запах кошачьей мочи с линолеума
          Любители домашних животных, в особенности кошек, нередко встречаются с такой проблемой, как неприятный запах мочи животного. И речь идет не...
          Adblock detector