Методы измерения жесткости воды: единица измерения и способы понижения жесткости- Обзор + Видео

Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения

Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж – градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.

Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.

О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.

Жёсткая и мягкая вода – в чём разница

На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.

В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют “мягкой”. Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:

Мягкая – это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.

В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.

Средняя – встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.

Жёсткая – к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.

Рассмотрим разновидности жёсткости

Этот показатель принято разделять на следующие категории.

  • Постоянная – является неизменным показателем, который зависит от содержания сульфатов и хлоридов.
  • Временная – обусловлена содержанием бикарбонатов кальция и магния. Название этот вид жёсткости получил за способность практически полностью нейтрализоваться в результате кипячения.
  • Жёсткость общая – получается в результате сложения показателей постоянной и временной.

Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.

Единицы измерения жёсткости

Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:

  • Моль/м3 (моль на кубический метр) – применялся в России до 2014 г.
  • °Ж (градус жёсткости) – данная единица измерения используется в России с 2014 г.
  • dH (немецкий градус) – единица измерения используется в странах Европы.
  • fo (французский градус) – также применяется в европейский странах.
  • ppm CaCO3 (американский градус) – единица измерения используется в североамериканских штатах.

Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.

С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.

Причины появления жёсткости воды

При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы. После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний. Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.

При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.

Методы устранения жёсткости

Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:

  • Кипячение – полностью устраняет временную жёсткость. Данный процесс сопровождается обильным выпадением осадка на дне и стенках резервуара, где происходит кипячение.
  • Химическим путём – уменьшить количество солей можно с помощью гашённой извести. Если к извести будет добавлена сода, то можно избавиться и от постоянной жёсткости
  • Заморозка – данный метод позволяет легко справиться с постоянной жёсткостью. Чтобы смягчить воду достаточно заморозить её до такого состояния, когда будет не более 10% воды, а 90% льда. Затем незамерзшая жидкость сливается, а вода в твёрдом состоянии растапливается и используется по назначению.
  • Перегонка – все соли являются нелетучими веществами, поэтому достаточно воду сначала превратить в пар с помощью нагрева, а затем конденсировать.
  • Электромагнитный способ – для смягчения жидкости используется электромагнитное поле. Данный способ уменьшения солей в воде применяется наиболее часто в котельных установках.
  • Катионный обмен – высокоэффективный способ очистки воды от избыточного количество солей. Очищение происходит при пропускании воды через слой катионита.

Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.

Как влияет жёсткость на качество воды

Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.

В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека. Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости. Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки “обрастает” отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.

Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.

Смотреть видео

Негативно влияет высокое содержание солей воды и на процесс стирки. Растворение моющего вещества в воде богатой ионами калия и магния приводит к чрезмерному образованию пены. Пена способствует образованию налёта на элементах стиральной машины, который также может негативно влиять на работоспособность некоторых узлов этого бытового прибора.

Последствия для здоровья человека

При длительном употреблении жёсткой воды в организме человека наблюдаются серьёзные отклонения от нормы, которые прежде всего проявляются в работе следующих органов:

  1. Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – при соединении солей входящих в состав жёсткой воды с животными жирами образуются соли жирных кислот, которые обволакивая стенки желудка и кишечника, препятствуя нормальной ферментации и значительно затормаживают перистальтику. В результате в организме накапливаются вредные вещества и шлаки, развивается дисбактериоз.
  2. Работа суставов – некоторые виды солей попадая в организм человека образуют неорганические вещества, которые со временем вытесняют синовиальную жидкость из суставов. В результате такого замещения происходит обрастание суставов кристаллами, которые вызывают сильную боль при движении. Длительное употребление жёсткой воды может привести к заболеванию артритом и полиартритом.
  3. Сердечно-сосудистая система – при значительном увеличении показателя жесткости питьевой воды, работа сердца ухудшается, вплоть до проявления выраженной аритмии.
  4. Состояние кожных покровов – жёсткая вода приводит к преждевременному старению кожи. Негативное воздействие наблюдается как при приёме жидкости внутрь, так и при мытье посуды. При контакте средства для мытья посуды с жёсткой водой образуется плёнка, которая при оседании на кожу долгое время оказывает негативное влияние на верхние слои эпидермиса.
  5. Образование камней в почках – данное утверждение является мифом, который развенчан благодаря работе учёных. Процесс камнеобразования не зависит от качества питьевой воды. Камни в почках образуются в основном из-за нехватки кальция в организме. В результате дефицита этого элемента происходит вымывание его из костей с оседанием в мочевыводящей системе.

Всех перечисленных недугов и болезненных состояний можно избежать, если использовать многоступенчатую фильтрацию воды. Применение таких устройств не будет стоить слишком дорого, а вот лечение различных патологий может обойтись в значительные суммы денег.

Методы определения жёсткости воды

Чтобы избежать негативного влияния на здоровье жёсткой воды, а также продлить срок эксплуатации нагревающим приборам, необходимо определить примерное количество солей калия и магния растворённых в жидкости. Сделать это на вкус довольно проблематично, ведь изменения могут быть выявлены таким способом только в случае превышения определённого значения.

Чтобы определить в домашних условиях большое содержание солей калия, магния и натрия можно воспользоваться следующими методами:

  • Попытаться растворить мыло в воде, если пена не образуется, то вода очень жёсткая и употреблять её не следует.
  • Если в чайнике и других приборах образуется большое количество накипи в течение небольшого промежутка времени, то вода, однозначно, превышает безопасные показатели этого значения.
  • С помощью индикаторных полосок можно более точно определить количество солей в жидкости, но такой метод потребует небольших финансовых расходов. Для проведения опыта достаточно опустить индикаторную полоску в воду на несколько секунд, а через минуту сравнить её цвет с имеющейся в инструкции таблицей.
Читайте также:  Пирог ля теплого водяного пола: разновидности и особенности монтажа- Обзор + Видео

Заключение

Очень важно знать какой жёсткости вода используется для питья, а так же в котлах отопления и в других водонагревательных приборах. Необходимость применения точных единиц измерения для проведения вычислений в домашних условиях не всегда обязательно.

В химической промышленности и на других высокотехничных производствах, наоборот потребуется знать количество растворённых в воде солей до миллиграмма, поэтому можно использовать любые единицы измерения этого показателя, предложенные в данной статье, чтобы определить и, при необходимости, снизить количество солей в воде.

Жесткость воды в аквариуме: как повысить или снизить, что нужно знать о ней

Жесткость воды в аквариуме — одно из важнейших условий создания и функционирования экосистемы аквариума. Без установления нужных показателей содержание живых организмов в резервуаре невозможно. Полученные знания, а также доля терпения позволят добиться в домашних условиях нужной концентрации солей Ca и Mg и любоваться здоровыми рыбками и густой зеленью растений.

Общие определения

Грязная и мутная жидкость портит общий вид, но кристально чистая также не всегда бывает полезной. После кислотности вторым по важности параметром является уровень жесткости. Его слишком высокие или низкие значения в первую очередь отразятся на растениях.

Наибольшее значение на уровень оказывают катионы кальция и в меньшей степени магния. Марганец, железо и стронций, представленные в небольшом количестве, при измерении не учитываются.

Жесткость разделяют на 3 вида:

  • Общая (gH). Состоит двух значений приведенных ниже.
  • Некарбонатная. Это постоянная величина уровня растворенных в жидкости хлоридов и сульфатов магния и кальция. Не изменяется при кипячении в домашних условиях. Однако может колебаться в течение 24 часов. Этому способствует наличие растений или время суток.
  • Карбонатная (kH). Концентрация двууглекислых солей (Mg и Ca). При pH больше 8.3 и кипячении они образуют хлопьевидный осадок, оседают кристалликами на стенках емкости и пленку на поверхности воды.

Фото-галерея средств для измерения жесткости воды:

kH — наиболее важна для аквариумистов, это связано сразу с несколькими аспектами:

  • Уровень углекислого газа, который образуется при дыхании рыбок. При высокой kH значение СО2 может достичь критической отметки свыше 30 мг/л, что приведет к гибели обитателей. Однако малая концентрация ниже 15 мг/л не позволит нормально развиваться растениям.
  • Стабилизация pH. Между двумя значениями прямая зависимость.
  • Вода для нереста некоторых видов рыб. Это жидкость с низкой kH и кислотностью в пределах 5.0-7.0.

Нормальные и критические показатели жесткости

От жесткости воды в аквариуме зависит срок жизни обитателей. Соли щелочноземельных металлов магния и кальция, например, влияют на уровень роста, формирование костей рыбьего скелета и ракушек у моллюсков. Также выступают в качестве минерального удобрения для развития растений. В слишком мягкой среде скручиваются листья и отмирают побеги.

За единицу измерения жесткости часто принимают содержание миллиграмм-эквивалентов ионов кальция и магния в литре воды (мг-экв/л). В аквариумистике для удобства используются немецкие и российские градусы (1 °= 0,36 мг-экв/л).

Степень

мг-экв/л

Значение
Градусы
Мягкая0-80,36- 2.88
Средняя9-123.24-4.32
Довольно жесткая13-184.68-6.48
Жесткая19-306.84-10.8

Нормальная kH находится в интервале 4-8 °. В старых аквариумах показатель со временем опускается ниже этой отметки из-за окисления воды.

Для одних видов нужна мягкая среда, а другие, наоборот, предпочитают повышенные градусы. Это необходимо принимать во внимание в нескольких случаях:

  • При первоначальном формировании аквариума: для улиток предпочтительнее более жесткая, для неоновых рыбок 6-8 °, для гуппи 5-10 °, скалярий 18 °, для папоротников 10-14 °.
  • При полной замене жидкости и пересадке в нее рыбок.
  • Подготовка воды для нереста. Некоторые виды размножаются в любых условиях, для других необходимо предварительно приготовить жидкость.

Для большей части аквариумных рыбок нормой будут значения от 3-15°. Показатель ниже трех говорит о недостатке жесткости.

Мистер Хвост рекомендует: методы определения жесткости

Чтобы узнать значение водопроводной воды, пользуются несколькими способами.

При помощи TDS-метра

Компактный прибор, измеряющий концентрацию солей. Для проверки опустить устройство в жидкость и подождать, результат будет показан в миллиграммах на литр. Срок службы 1-2 года. Однако измерение можно считать относительным, так как, помимо кальция и магния, итоговое число будет содержать и незначительное количество примесей других веществ.

Полоски с нанесенными на них реагентами

Их можно приобрести в магазине. Для определения жесткости нужно опустить лакмусовую бумажку в воду и дождаться изменения цвета. После соотнести полученный результат с предложенной в инструкции таблицей. Способ простой и доступный и может быть выполнен прямо в аквариуме. Но единицы измерения придется переводить из зарубежных в российские градусы.

Капельные тесты

Продаются в зоомагазинах. Для проверки: набрать 5 мл воды и добавить химический реактив из пузырька. Далее цвет жидкости изменится от красного до зеленого. После прохождения реакции количество капель реагента будет равно немецким градусам.

Химический реагент Трилон “Б”

Этот метод считается самым точным, минусами являются сложность и длительность проведения опыта. В воду, взятую из аквариума, добавляют буферную смесь, химический реагент и специальный индикатор. При прохождении реакции цвет раствора меняется от вишневого до сине-зеленого.

С помощью хозяйственного мыла

Считается самым доступным способом. Необходимы: 1 гр. измельченного мыла (60 или 72 %) и нагретая дистиллированная вода. Из них делается раствор и добавляется в банку, куда налито 0.5 л водопроводной воды. После появления шапки из пены — сигнала, что соли в жидкости связаны, — остаток мыльного раствора измеряется линейкой. Это значение отнимается от первоначального количества. Каждый сантиметр, полученный при вычитании, равен 2 градусам жесткости. Результат узнают из таблицы.

Иногда случается так, что раствор полностью вылит в банку, а образования пены не произошло, в этом случае принято считать, что жесткость выше 12°. жидкость нужно разбавить дистиллированной водой в 2 раза и повторить все действия, получившуюся в результате цифру умножить на два. Погрешность способа составляет 1-2 °.

Среднее значение воды из крана равно 20 °, это высший допустимый предел для многих видов рыб.

Как повысить жесткость воды в аквариуме

Если проведенные тесты выявили значения, не соответствующие требуемым, можно отрегулировать жесткость до нужного показателя. Однако не должно быть резкой смены значений, это может стать причиной стресса у рыб.

Если нужно повысить уровень жесткости, применяются следующие способы:

  • Добавить нижний слой кипяченной жидкости богатый солями.
  • Смешать воду с более жесткой.
  • Засыпать коралловую или доломитовую крошку в аквариумный фильтр.
  • Положить на дно мрамор, известняк, содержащие карбонат кальция или цветное стекло. Можно растворить кусочки мела, увеличив уровень на 2-4 °. Недостаток способа — сложность контроля над жесткостью. Лучше пропускать жидкость через фильтр с добавлением мраморной крошки.
  • Декорировать дно аквариума раковинами.
  • Внести карбонат кальция 2 ч. л. на 50 л.
  • Использовать растворенную соду, 1 ч. л. на 50 л, или 0.2-5 г на литр. Этот способ подходит для воды с показателем не менее 8 °.
  • Добавить 10 % раствор хлористого кальция и сульфат магния: развести 50 г, получив объем 750 мл. Использовать каждый по 1 мг на литр.
  • Влить 1 мл 25 % магнезии на 1 л воды.

Практически все перечисленные способы изменяют показатель жесткости на 4 °.

Как снизить жесткость воды в аквариуме

Когда уровень жесткости высокий, он нуждается в понижении. Это сделать несколько сложнее, для смягчения помогут следующие действия:

  • Добавить дистиллированной жидкости. После смешения нужно дополнительное обогащение аквариума кислородом и реминерализирующими солями.
  • Влить талой или дождевой воды, которые снижают число градусов жесткости. Однако нужна осторожность из-за возможного наличия вредных примесей. Для обеззараживания среды следует добавлять специальный кондиционер.
  • Довести воду до кипячения, остудить, отстоять в течение 24 часов. Влить в резервуар только верхнюю часть.
  • Для уменьшения жесткости использовать торф, всыпав его в фильтр, предварительно обеззаразив кипячением или прокаливанием. Жидкость отстаивают и вне аквариума, поместив в нее торфяную таблетку в мешочке на 4-5 дней.
  • Вымораживать в мелкой емкости. После замерзания растопить лед и добавить в аквариум.
  • Еще один способ понижения — фильтрация, например, через обратный осмос.
  • Высадить такие растения, как эгропила, роголистник, наяс или элодея.

Выбирая растения, улиток, ракообразных или рыбок для своего аквариума новичок и даже любитель не должны забывать о параметрах жесткости. И суметь измерить и скорректировать, в домашних условиях, показатели водопроводной воды.

Определение жесткости воды в домашних условиях

Как вы знаете из школьного курса химии, в обыкновенной воде содержатся ионы кальция и магния. Повышенное содержание ионов Са 2+ и Mg 2+ придаёт воде отрицательное качество, называемое жёсткостью.

Содержащиеся в природе нерастворимые в воде карбонаты магния MgСО3 и кальция СаСО3 под воздействием воды и присутствующего в воздухе углекислого газа способны превращаться в гидрокарбонаты, которые хорошо растворяются в воде и вызывают карбонатную или временную жесткость:

Этот процесс широко осуществляется в природных условиях, приводя к выносу размываемых известняков в поверхностные воды, а затем – в моря и океаны.

Некарбонатная (постоянная) жесткость обусловлена присутствием в воде сульфатов, хлоридов магния и кальция, а также других солей ( MgSO 4, MgCl 2, CaCl 2).

Общая жесткость = карбонатная (временная) жесткость + некарбонатная (постоянная) жесткость.

В быту любой человек может столкнуться с задачей измерения жесткости воды в домашних условиях. Жесткость отрицательно влияет на качество различных процессов, в которых используется вода с повышенной жесткостью. Чем ниже в воде процент растворенных солей, тем вода мягче и полезнее. Работа посудомоечной машины, количество стирального порошка, качество воды в аквариуме, необходимость установки умягчителя воды и т.д. В общем, целей много.

Читайте также:  Строительные нормы и правила(СНиП) по канализационной и водопроводной системам + Фото

В России жесткость измеряют в “градусах жесткости” (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды.

Единицы измерения жесткости

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 CaCO3 в 0,7 дм 3 воды;
1°F = 10 мг CaCO3 в 1 дм 3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO3 в 1 дм 3 воды.

По интенсивности образования накипи в чайнике можно сделать определённые выводы: чем больше налета, тем жёстче вода.

Сравнительный качественный вывод о жесткости воды можно осуществить следующим образом. На предметное стекло нанесите по капле дождевой, кипяченой и некипяченой водопроводной воды. После высыхания по интенсивности образовавшихся осадков вы сможете сделать вывод о жесткости вашей воды. Дождевая вода самая мягкая, т.к. в ней практически отсутствуют соли кальция и магния. Осадок после испарения некипяченой воды позволит сделать вывод об общей жесткости, а кипяченой – о временной жесткости.

Но в домашних условиях можно достаточно точно и количественно оценить жесткость воды. Из курса органической химии вы знаете, что хозяйственное мыло, как и любое другое, трудно мылится в жесткой воде. Этот метод основан на том, что как только мыло свяжет избыток солей кальция и магния, появляется мыльная пена. Для определения жесткости воды нужно взвесить один грамм хозяйственного мыла, измельчить его и аккуратно, чтобы не образовалась пена, растворить в небольшом количестве горячей дистиллированной воды. Дистиллированную воду можно купить в аптеках или в автомагазинах. Она используется для добавления в аккумулятор при повышении концентрации электролита.

Далее мыльный раствор наливаем в цилиндрический стакан и доливаем дистиллированной воды до уровня 6 сантиметров, если мыло 60% или до уровня 7 сантиметров, если мыло 72%. Процент содержания мыла указан на бруске. Теперь в каждом сантиметре уровня мыльного раствора содержится количество мыла, способное связать соли жесткости, количество которых соответствует 1°dH в 1 литре воды. Далее в литровую банку наливаем пол-литра исследуемой воды. И непрерывно помешивая, понемногу прибавляем приготовленный мыльный раствор из стакана в банку с исследуемой водой. Поначалу на поверхности будут только серые хлопья. Затем появятся разноцветные мыльные пузыри. Появление устойчивой белой мыльной пены говорит о том, что все соли жесткости в исследуемой воде связаны. Теперь смотрим на наш стакан и определяем, сколько сантиметров раствора нам пришлось вылить из стакана в исследуемую воду. Каждый сантиметр связал в половине литра воды количество солей, соответствующее 2°dH. Таким образом, если вам пришлось до появления пены вылить в воду 4 сантиметра мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды равна 8°dH.

Если вы вылили в воду весь мыльный раствор, а пена так и не появилась, это означает, что жесткость исследуемой воды больше 12°dH. В таком случае исследуемую воду разбавляем дистиллированной водой в два раза. И проводим анализ снова. Теперь полученный результат жесткости нужно будет умножить на два. Полученное значение будет соответствовать жесткости исследуемой воды.

По таблице сможете определите качество исследуемой воды:

С точностью до тысячных долей градуса жесткость определить этим методом не удастся, но оценить резкий уход общей жесткости от нормы с точностью 1-2 °dH вполне возможно. Разброс показаний в 1-2 градуса вполне приемлем. Учитывая простоту и доступность метода, он, безусловно, может быть с успехом применен.

С помощью этого метода можно в полевых условиях оценить жесткость воды из различных водных источников и выполнить интересную проектно-исследовательскую работу.

Автор Никитин В.Е.

1Рудзитис Г.Е. Химия. Неорганическая химия. Органическая химия. 9 класс: учеб. для общеобразоват. организаций с прил. на электрон. носителе ( DVD ) : базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, 2013. – 224 с.: ил.

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

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, °ЖКальций, мг/лМагний, мг/л
Москва2,0-5,54611
Париж5,0-6,0906
Берлин5,0-8,812112
Нью-Йорк0,3-0,461
Сидней0,2-1,3154

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/Lppm, mg/LdGH, °dHgpg°e, °Clark°fH
1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это:10,550,052,8042,9243,5115,005
1 ммоль/л = mmol/L это:21100.15.6085.8477.02210.01
1 американский° ppmw = mg/L = American degre:0,019980.00999110.056030.058420.070160.1
1 немецкий° dGH, °dH это:0,35660.178317.8511.0431.2521.785
1 американская популярная ед.
gpg это:
0,3420.17117.120.959111.2011.712
1 английский °e, °Clark это:0,28480.142414.250.79860.832711.425
1 французский °fH это:0,19980.09991100.56030.58420.70161
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
  • 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.
Читайте также:  Наружные сети и сооружения, канализация: правила СНиП, особенности устройства

Жесткость воды — приборы для измерения и методы устранения

  • Жесткость воды – важный показатель ее качества. Он зависит от концентрации солей магния и кальция: чем их меньше, тем мягче вода. Существуют различные методы, позволяющие изменять ее жесткость до необходимого уровня. Для измерения данного показателя созданы приборы, которые называются солемеры. В основе их работы лежит связь электропроводности воды и количества содержащихся в ней солей. Так как единых международных единиц измерения жесткости воды нет, то у бытовых приборов они, как правило, те, что приняты в стране производителя. Поэтому для приведения в соответствие различных единиц измерения жесткости составлена таблица. Ею пользуются при переводе значений показателей, полученных с помощью импортных приборов, в значения, выраженные в единицах измерения той страны, где проводятся измерения.

    Как работают солемеры и где их используют

    Для определения жесткости воды солемер частично погружают в нее. Прибором производятся электроны, что нужно, чтобы оценить электропроводность жидкости. Затем происходит фиксирование объема ионов солей кальция и магния, так как они воздействуют на силу тока в жидкости. Результаты, полученные при таком исследовании, отображаются на дисплее прибора. Вся процедура занимает несколько секунд, а полученные показатели, даже при использовании простых бытовых устройств, оказывается достаточно точными.

    Прибор фиксирует количество молекул солей, приходящееся на 1 млн. молекул воды. В литре жидкости количество солей магния и кальция будет определяться в миллиграммах.

    Приборы для оценки жесткости воды используется в быту и на производствах, где требуется контроль качества жидкости. Оценка данного показателя необходима для нормальной работы котельных и станций подачи воды. Здесь жесткость определяется при помощи профессиональных солемеров. Также обязательно проводят исследования жидкости на количество солей магния и кальция при производстве лекарственных препаратов и косметических средств.

    Как пользоваться прибором

    Принцип использования профессиональных солемеров и бытовых схож. Для получения результатов воду набирают в неглубокую емкость и опускают в нее электроды прибора. Через несколько секунд на его дисплее появляется показатель жесткости. Профессиональные устройства дополнительно показывают и прочие параметры исследуемой жидкости. Специальной подготовки для работы с прибором не требуется. Использование моделей, имеющих функцию памяти, позволяет отслеживать изменения жесткости воды в динамике. Современные приборы компактны, имеет небольшой вес и почти не дают погрешности.

    Как снизить жесткость

    Способы смягчения воды разделяются на бытовые и промышленные. В домашних условиях наиболее простым методом является кипячение, когда при нагревании соли кальция и магния выпадают в осадок, который остается в чайнике в виде накипи. Однако при этом изменяется вкус воды, что не заметно при добавлении в нее чая или кофе. Для уменьшения жесткости воды разработаны составы на основе кислот, применяемые для бытовой техники. Их действие не приводит к выпадению солей в осадок, который мог бы испортить, например, стиральную или посудомоечную машину. Воду, которая используется для мытья текущей из крана, смягчить самостоятельно невозможно.

    Для промышленного понижения жесткости воды применяются системы фильтрации. Они удаляют соли кальция и магния, а в большинстве случаев также и примеси, которые снижают качество жидкости.

    Повышенная жесткость используемой человеком воды является нежелательной, и поэтому ее качество улучшают, применяя различные способы. Требуется ли такая процедура, определяют при помощи солемеров. Эти приборы как промышленные, так и бытовые очень просты в использовании и дают быстрые и точные результаты.

    Что такое жесткость аквариумной воды, как ее снизить

    ЖЕСТКОСТЬ АКВАРИУМНОЙ ВОДЫ (hD) – обусловлена наличием в воде карбонатов — солей кальция и магния: CaCO3 и MgCO3 гидрокарбонатов Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2, сульфатов CaSO4 и MgSO4, хлоридов CaCl2 и MgCl2. . Их концентрация в аквариумной воде составляет ОБЩУЮ ЖЕСТКОСТЬ, которую можно разделить на ВРЕМЕННУЮ (KH) и ПОСТОЯННУЮ (GH).

    Временная жесткость аквариумной воды (КН) – это концентрация двууглекислых солей кальция и магния. Такая жесткость может меняться в течении суток. Например, в дневное время аквариумные растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ, который накапливается в воде. Если углекислого газа будет не хватать для потребления его растениями, они начнут синтезировать углерод из состава бикарбонатов, вследствие чего временная жесткость воды увеличится.

    Постоянная жесткость аквариумной воды (GH) – это количество растворенных сульфатов, хлоридов и некоторых других солей кальция и магния. При кипячении такой воды концентрации этих катионов и анионов практически не изменяются – отсюда и название «постоянная жесткость».

    Жесткость воды имеет важнейшее значение для жизни аквариумного мира. Во-первых, соли кальция и магния используются при построении скелета и оказывают влияние на построение всего организма рыбы. Для различных видов аквариумных рыбок показатели жесткости воды различны и несоблюдение их может привести к ухудшению самочувствия рыбок, к нарушению функции размножения и оплодотворения икры.

    Общая жесткость аквариумной воды измеряется немецкими градусами (hD). 1° hD – это 10мг окиси кальция в 1литре воды.

    Аквариумная вода с параметрами жесткости:

    от 1 до 4° hD – считается очень мягкой;

    от 4 до 8° hD – считается мягкой;

    от 8 до 12° hD – средняя жесткость;

    от 12 до 30° hD – считается очень жесткой;

    Большинство аквариумных рыбок комфортно себя чувствуют при жесткости от 3-15° hD.

    Как изменить жесткость аквариумной воды:

    1.) Увеличение жесткости.

    – Жесткость KH можно повысить путем добавления 1-й чайной ложки пищевой соды на 50 литров, что увеличит показатели на 4°dKH.

    – 2-е чайные ложки карбоната кальция на 50 литров воды увеличат одновременно KH и GH на 4 градуса.

    – еще одной мерой для плавного/постепенного увеличения жесткости воды, является разбрасывание и украшение аквариума морскими ракушками.

    2.) Уменьшение жесткости (здесь все сложнее):

    – используют/добавляют дистиллированную воду, которая продается в магазинах;

    – используют/добавляют дождевую, снеговую, талую воду из холодильника (должна быть чистой, без мути и примесей).

    – фильтруют воду через осмотический фильтр;

    – фильтруют воду через торф (добавляется торф в фильтр) или в емкость, где отстаивается вода;

    – жесткость КН снижают кипячением воды в эмалированной посуде в течении 1 часа с последующим отстаиванием в течении суток;

    – природными смягчителями воды являются быстрорастущие растения: элодея, роголистник, наяс, валлиснерия.

    КАК ИЗМЕРИТЬ общую жесткость аквариумной воды в домашних условиях без спец. оборудования и препаратов (титрование пробы мыльным раствором):

    Особенность этого метода заключается в том, что 10мг окиси кальция в 1 литре воды нейтрализуется 0,1г. чистого мыла.

    1. Берется 60-72% хозяйственное мыло, крошится.

    2. В мерный стаканчик (или иной мерный сосуд) наливается вода (дистиллированная, снежная, талая из холодильника воду) – далее дистиллят.

    3. В воду добавляется мыльная крошка (отсчитанная в граммах), так чтобы было можно рассчитать порцию мыла в полученном растворе.

    4. В другую посуду наливаем 0,5 литров испытуемой аквариумной воды и добавляем постепенно порции мыльного раствора (по 0,1гр.), взбалтываем.

    Сначала на поверхности воды появятся сизые хлопья и быстро исчезающие пузырьки. Постепенно добавляя порции мыльного раствора ждем когда вся окись кальция и магния свяжется – на поверхности воды появятся устойчивые мыльные пузыри с характерным радужным переливом.

    На этом опыт окончен. Теперь подсчитываем количество израсходованных мыльных порций, умножаем их надвое (аквариумной воды было 0,5л, а не 1л.). Полученное число и будет жесткость аквариумной воды в градусах. Например, 5 порций мыла*2= 10° hD.

    При аккуратном проведении опыта погрешность может составлять +-1° hD.

    При получении результата жесткости более 12° hD, точность измерения снижается, рекомендуется провести опыт повторно разбавив аквариумную воду на 50% дистиллятом, полученный результат удвоить.

  • Добавить комментарий