Kas ir ūdens cietība, tās klasifikācija, kā noteikt cietību un kā to mīkstināt?

Ūdens cietība ir viens no svarīgākajiem kritērijiem, kas nosaka ūdens patēriņa īpašības. Veidojot nešķīstošu minerālu nogulsnes uz elektroierīču un rūpniecisko iekārtu iekšējās virsmas, tas pasliktina to ekspluatācijas īpašības. Lai novērtētu ūdens kvalitāti, ir noteiktas rādītāja pieļaujamās robežas.

Kā veidojas cietības sāļi

Ūdens ir universāls šķīdinātājs. Dabas avotu sastāvs veidojas atkarībā no reljefa veida. Ūdens ar izšķīdušo oglekļa dioksīdu iekļūst augsnē, šķērso ģeoloģisko iežu - ģipša, dolomīta, kalcīta - biezumu, erodē tās, bagātinoties ar organiskajām un minerālvielām, metālu joniem. Tie veido kopējo ūdens mineralizāciju(TDS).

No tiem dominē kalcija un magnija katjoni, kuru kopējā vērtība norāda kopējo ūdens cietību. To iedala divos veidos:

• pagaidu (karbonāts);
• pastāvīgs (bez karbonāta).

Kopējās cietības formula ir šāda:

_Zho = [^Ca2+] + [^Mg2+] = _Zhk + _Zhnk

Karbonātu cietība ir saistīta ar ogļūdeņražu Ca(_HCO3)2 un Mg(_HCO3)2. Tās viegli izdalās no šķīduma, vārot veidojot nešķīstošas nogulsnes. Otrais cietības veids nosaka ūdenī esošo šķīstošo sāļu saturu, kurus nevar izvadīt, karsējot. Pastāvīgās cietības novēršanai izmanto dažādas metodes, kas tiks aprakstītas tālāk rakstā.

Atšķirībā no pazemes avotiem virszemes ūdens satur mazāk sāļu, jo to pastāvīgi atšķaida nokrišņi. Cietības līmenis tajos ir mainīga vērtība. Maksimālās vērtības tas sasniedz ziemā, bet plūdu laikā tas samazinās. Pazemes ūdeņos šis rādītājs ir stabilāks.

Mērvienības

Sāls koncentrāciju mēra miligramos uz litru: 1 mg ekv/l = 20,04 mg. ^Ca2+ un 12,16 mg ^Mg2+. Starptautiskajā SI sistēmā šo rādītāju izsaka skaitliski, izsakot molos uz ^metrs3 (^mol/m3). Mūsu valstī tiek izmantotas cietības pakāpes, 1 ºJ = 1 mg ekv/l jeb 0,5 mmol/l.

Citas valstis arī izmanto cietības pakāpes, taču tās atšķiras pēc skaitliskām vērtībām:

• Vācu cietības pakāpe 1ºdH = 10 mg/l CaO vai 7,194 mg/l MgO;
• Franču 1ºfH = 10 mg/l _CaCO3;
• Angļu valodā 1ºClark = 14,254 mg/l _CaCO3;
• American 1 gpg = 17,12 mg/l _CaCO3.

Lai konvertētu uz citām mērvienībām, ērtāk ir izmantot citu amerikāņu mērvienību - PPM (PPM), kas ir vienāda ar 1 mg/l. _CaCO3. Tādējādi:

• 1ºdH = 17,9 ppm;
• 1ºfH = 10,0 ppm;
• 1ºClark = 14,25 ppm;
• 1º gpg = 17,1 ppm;
• 1ºÆ = 50,05 ppm.

Lai ppm pārvērstu mums ērtajos cietības grādos, varam izmantot konverteri. Lai konvertētu grādus, var izmantot skalu:

1 ºJ = 2,804 ºdH = 3,5 ºClark = 5,005 ºfH = 2,924 gpg = 50,05ppm.

Cietības standarti

Pēc kopējās cietības parametra ūdeni izšķir:

• mīksts - līdz 4 ºJ;
• vidēja cietība - no 4 līdz 8 ºJ;
• ciets ūdens - vairāk nekā 8 ºJ.

Krievijas dabas apstākļu daudzveidība neļauj noteikt vienotus cietības standartus visiem reģioniem. Maksimāli pieļaujamā koncentrācija (MPK) ^Ca2+ ievērojami atšķiras atkarībā no vietējiem apstākļiem.

Tomēr dzeramā ūdens standarti daudz neatšķiras no PVO (Pasaules Veselības organizācijas) noteiktajiem. Mūsu valstī kopš 01.01.2014. ir spēkā valsts standarts GOST 31954-2012. Tajā ņemtas vērā galvenās starptautiskās normas par ūdens kvalitāti un analīzes metodēm. Standarts attiecas uz visiem pazemes un virszemes avotiem.

1. tabula. Kalcija un magnija koncentrācijas normatīvās vērtības dzeramajā ūdenī

Ūdens sastāvu nosaka pēc cietības skalas atkarībā no paredzētā lietojuma:

• pieņemamā vērtība krāna ūdenim - 300 ppm vai 6 ºJ;
• optimālā vērtība dabiskām ūdenstilpēm - 400 ppm vai 8 ºJ robežās;
• maksimālais pieļaujamais cietības līmenis ir 500 ppm, 10 ºJ;
• dzīvībai bīstama sāls koncentrācija - vairāk nekā 500 ppm, > 10 ºJ.

Īpaši stingras prasības tiek izvirzītas ūdenim, kas tiek piegādāts elektrostaciju apkures katliem - kopējās cietības rādītājs nedrīkst pārsniegt 0,05-0,1 mg ekv/l.

Kā aprēķināt cietību mājās

Paaugstināta cietība neizpaužas ar nekādām ārējām pazīmēm - smaržu, krāsu, konsistenci. Par to liecina:

• veidojas nosēdumi uz tējkannas dibena;
• mazgāšanas līdzekļu vāja putu veidošanās;
• baltas svītras uz dušas galviņas vannas istabā.

Precīzu ūdens sastāvu var noskaidrot tikai ar analīžu palīdzību. Taču mājās ir vienkāršs veids, kā noteikt krāna ūdens cietību ar nelielu 1-2 grādu kļūdu.

Eksperimenta veikšanai jums būs nepieciešams: veļas ziepju gabaliņš, neliels tilpums destilēta ūdens, elektroniskie svari, trauks, cilindriska glāze, lineāls.

1. Smalki sarīvējiet 1 g veļas ziepju un izšķīdiniet tās 3-4 ēdamkarotēs nedaudz uzsildīta destilēta ūdens. Ja pie rokas nav virtuves svaru, var vadīties pēc acs - puse tējkarotes bez virspuses.
2. Ielej destilētu ūdeni glāzē ar ziepju šķīdumu tā, lai šķidruma kolonnas augstums atbilstu uz ziepju gabaliņa norādītajam taukskābju procentuālajam daudzumam. Ja 72%, ūdens kolonnas augstumam jābūt 72 mm no glāzes dibena, bet ne no galda virsmas.
3. Ielej traukā 0,5 litrus krāna ūdens un, viegli maisot, ielej tajā plānu ziepju šķīduma strūklu. Vispirms ūdenī parādīsies pārslas, burbuļi, pēc tam - noturīgas baltas putas. Tas norāda, ka visi sāļi jau ir saistīti.

Aprēķiniet, cik centimetru ūdens kolonnas pārplūda traukā, varat atņemt atlikušā ziepju šķīduma augstumu no sākotnējā:

_hn= _Sveiki – ho,

kur:

• _hn - pārplūdušā šķīduma kolonnas augstums;
• _һi - sākotnējā ziepju šķīduma ūdens kolonnas augstums;
• _ho - atlikušā ziepju šķīduma kolonnas augstums.

Katrs traukā iepildītais šķīduma centimetrs atbilst 2ºdH. Šī vērtība sakrīt ar vācu cietības vienību. Piemēram, 4,6 centimetri ir izlieti no spainīša, kas atbilst 9,2 dH.

Varat izmantot šo tabulu, lai iegūtos rezultātus pārvērstu mg ekv/l, un a kalkulatoru, lai iegūtu precīzus rezultātus.

Precīzākus rezultātus var iegūt, izmantojot elektroniskos testerus, piemēram, TDS-3. Tie analizē ūdens cietību un skābumu, parādot rezultātus uz ekrāna kā RRM vai pH. RRM mērvienības var konvertēt uz ºJ, izmantojot kalkulatoru.

Ja vēlaties iegūt detalizētu ūdens analīzi akā vai urbumā, varat to izdarīt, izmantojot komplektu "Aka-1".

Vēl viens vienkāršs un lēts veids, kā noteikt ūdens kvalitāti, ir testa sloksnes.

Ūdens ietekme

Par cilvēka ķermeni

Līdz šim nav veikti nopietni pētījumi, kas apstiprinātu cietā ūdens kaitīgo ietekmi uz dzīvu organismu. Taču ir zināms, ka ilgstoša ūdens ar paaugstinātu cietības līmeni lietošana veicina urīnakmeņu veidošanos. Organismam nav laika izvadīt mikroelementu pārpalikumu, kā rezultātā rodas urīnceļu akmeņi, nierakmeņi un nogulsnes locītavās.

Ūdens kvalitāte ir svarīga arī no higiēnas viedokļa. Ziepes, reaģējot ar kalcija un magnija sāļiem, bojā ādas aizsargslāni, izraisot kairinājumu vai alerģiju. Mati kļūst sausi un trausli.

Tajā pašā laikā kalcijs un magnijs ir cilvēka dzīvē svarīgi mikroelementi:

• Kalcija dienas deva ir 1000 mg;
• magnijs - 400 mg.

Šo elementu trūkums var izraisīt nopietnus traucējumus organismā. Saskaņā ar PVO veiktajiem pētījumiem konstatēts, ka pārmērīgi mīksta ūdens lietošana izraisa sāļu izskalošanos no organisma un ūdens un sāļu līdzsvara izmaiņas. Reģionos, kur tiek lietots mīksts ūdens:

• sirds un asinsvadu slimību skaita pieaugums;
• bērnu lūzumu skaita pieaugums un jaundzimušo svara samazināšanās.

PVO norāda, ka sāļu klātbūtne ūdenī jāuzskata par priekšnoteikumu normālai organisma dzīvībai.

Par tehniku

Cietības sāļi rada daudz problēmu, kas saistītas ar sadzīves tehnikas un rūpniecības iekārtu lietošanu:

Pārāk mīksts ūdens negatīvi ietekmē ierīces, palielinot cauruļu korozijas risku zemas sārmainības dēļ. Tāpēc ir jāuztur pareizs ūdens un sāls sastāva līdzsvars.

Ūdens mīkstināšanas metodes

Ir dažādi veidi, kā samazināt cietību. Izvēli nosaka atkarībā no sākotnējās ūdens kvalitātes, tā mērķa un lietošanas apstākļiem.

Termiskā metode

Vārīšana ir visvienkāršākais un vislētākais veids, kā novērst karbonāta cietību. Tā ir piemērota nelieliem ūdens daudzumiem, ko izmanto mājsaimniecības vajadzībām. Tomēr šī metode nenovērš visus cietības sāļus, un trauki būs jānotīra no kaļķakmens.

Filtrēšana

Vēl nesen ūdens mīkstināšanas filtrs bija iespaidīga iekārta. Mūsdienu tehnoloģijas un materiāli ir ļāvuši izveidot kompaktas attīrīšanas sistēmas, kas nodrošina ūdens mīkstumu un viegli iekļaujas zem izlietnes virtuvē. Rezerves filtru kasetnes ne tikai mīkstina ūdeni, bet arī noņem smakas un piemaisījumus. Pareiza filtru izvēle un savlaicīga nomaiņa garantē kvalitatīvu ūdens attīrīšanu no ūdensvada, akas vai urbuma. Viena no mūsdienu sarežģītajām sistēmām ir filtri "Barrier".

Ķīmiskās metodes

Lai nogulsnētu cietības sāļus, ūdenim pievieno īpašus reaģentus - dzēstus kaļķus, sodu, polifosfātus. Šī metode ir efektīva rūpnieciskai izmantošanai. Tās galvenais trūkums ir vajadzība pēc atkritumu tālākas utilizācijas. Ūdens pēc šādas attīrīšanas nav derīgs pārtikai.

Jonu apmaiņa

Filtrēšana, izmantojot jonu apmaiņas sveķus, tiek veiksmīgi izmantota rūpniecībā. Principa pamatā ir sārmzemju metālu katjonu aizstāšana ar nātrija un ūdeņraža joniem kolonnā ar smalkgraudainu aizpildījumu. Izlietoto sveķu reģenerācijai izmanto galda sāls šķīdumu. Ja ūdens cietības līmenis mainās, nepieciešams manuāli pielāgot iestatījumus.

Fizikālās metodes

Šo metožu pamatā ir elektrodialīzes, ultraskaņas iedarbības, elektromagnētisko impulsu procesi. Cietības sāļi tiek pārvērsti modificētā stāvoklī, kurā tie nekristalizējas cietās nogulsnēs, bet veido nestabilus savienojumus. Ultraskaņas un elektromagnētisko viļņu izmantošana papildus veicina jau esošā kaļķakmens atdalīšanos.

Membrānu metode

Šai attīrīšanas metodei ir cits nosaukums - reversā osmoze. Ūdens zem augsta spiediena tiek izvadīts caur filtru ar mikroskopiskām šūnām un pilnībā attīrīts no ķīmiskiem piemaisījumiem, suspendētām daļiņām, baktērijām. Iegūtā ūdens kvalitāte ir tuva destilētam ūdenim. Lai to izmantotu, ir nepieciešama papildu mineralizācija. Metodes trūkums ir tās augstās izmaksas.

Apakšējā līnija

Novērtējot ūdens kvalitāti, ir svarīgi ņemt vērā ne tikai cietības līmeni un kaļķakmens veidošanās iespējamību, bet arī korozīvo iedarbību. Pareiza novērtēšana ļaus izvēlēties efektīvu ūdens attīrīšanas pasākumu kopumu.