Čo je to tvrdosť vody, jej klasifikácia, spôsob určenia tvrdosti a spôsoby jej zmäkčenia

Tvrdosť vody je jedným z najdôležitejších kritérií určujúcich jej spotrebiteľské vlastnosti. Vytvára nerozpustné minerálne usadeniny na vnútornom povrchu elektrických spotrebičov a priemyselných zariadení a vedie k zhoršeniu ich prevádzkových vlastností. Na posúdenie kvality vody sú stanovené prípustné limity tohto ukazovateľa.

Ako sa tvoria soli tvrdosti

Voda je univerzálne rozpúšťadlo. Zloženie prírodných zdrojov sa tvorí v závislosti od typu terénu. Voda s rozpusteným oxidom uhličitým preniká do pôdy, prechádza hrúbkou geologických hornín - sadrovca, dolomitu, kalcitu, eroduje ich, obohacuje sa o organické a minerálne látky, ióny kovov. Tie tvoria celkovú mineralizáciu vody(TDS)).

Prevládajú medzi nimi katióny vápnika a horčíka, ktorých celková hodnota udáva celkovú tvrdosť vody. Delí sa na dva typy:

• dočasný (uhličitan);
• trvalý (nekarbonátový).

Vzorec pre celkovú tvrdosť je nasledovný:

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

Uhličitanová tvrdosť je spôsobená prítomnosťou hydrouhličitanov Ca(_HCO3)2 a Mg(_HCO3)2. Z roztoku sa ľahko odstraňujú a pri varení vytvárajú nerozpustnú zrazeninu. Druhý typ tvrdosti určuje obsah rozpustných solí vo vode, ktoré nemožno odstrániť zahrievaním. Na odstránenie trvalej tvrdosti sa používajú rôzne metódy, ktoré budú opísané ďalej v článku.

Na rozdiel od podzemných zdrojov obsahuje povrchová voda menej solí, pretože sa neustále riedi zrážkami. Úroveň tvrdosti v nich má premenlivú hodnotu. Maximálne hodnoty dosahuje v zime a počas povodní klesá. V podzemných vodách je tento ukazovateľ stabilnejší.

Merné jednotky

Koncentrácia soli sa meria v miligramových ekvivalentoch na liter: 1 mg-eq/L = 20,04 mg ^Ca2+ a 12,16 mg ^Mg2+. V medzinárodnej sústave SI je ukazovateľ číselne vyjadrený v móloch na ^meter3 (^mol/m3). U nás sa používajú stupne tvrdosti, 1 ºJ = 1 mg-eq/L alebo 0,5 mmol/L.

Stupne tvrdosti sa používajú aj v iných krajinách, ale líšia sa číselnými hodnotami:

• Nemecký stupeň tvrdosti 1ºdH = 10 mg/l CaO alebo 7,194 mg/l MgO;
• Francúzsky 1ºfH = 10 mg/l _CaCO3;
• Angličtina 1ºClark = 14,254 mg/l _CaCO3;
• Americký 1 gpg = 17,12 mg/l _CaCO3.

Pre prevod na iné merné jednotky je vhodnejšie použiť inú americkú jednotku - PPM (PPM), ktorá sa rovná 1 mg/l _CaCO3. Preto:

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

Na prepočet ppm na naše pohodlné ºÆ stupne tvrdosti môžeme použiť prevodník. Na prevod medzi stupňami možno použiť stupnicu:

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

Normy tvrdosti

Podľa parametra celkovej tvrdosti sa rozlišuje voda:

• mäkké - do 4 ºJ;
• stredná tvrdosť - od 4 do 8 ºJ;
• tvrdá voda - viac ako 8 ºJ.

Rozmanitosť prírodných podmienok v Rusku znemožňuje stanoviť jednotné normy tvrdosti pre všetky regióny. Maximálna prípustná koncentrácia (MPC) ^Ca2+ sa značne líši v závislosti od miestnych podmienok.

Normy pre pitnú vodu sa však veľmi nelíšia od noriem WHO (Svetovej zdravotníckej organizácie). Ako národná norma platí v našej krajine od 1. 1. 2014 norma GOST 31954-2012. Zohľadňuje hlavné medzinárodné normy týkajúce sa kvality vody a metód analýzy. Norma sa vzťahuje na všetky podzemné a povrchové zdroje.

Tabuľka 1. Normatívne hodnoty koncentrácií vápnika a horčíka v pitnej vode

Zloženie vody sa riadi stupnicou tvrdosti v závislosti od účelu použitia:

• prijateľná hodnota pre vodu z vodovodu - 300 ppm alebo 6 ºJ;
• optimálna hodnota pre prírodné vodné útvary - do 400 ppm alebo 8 ºJ;
• maximálna povolená úroveň tvrdosti je 500 ppm, 10 ºJ;
• život ohrozujúce koncentrácie soli - viac ako 500 ppm, > 10 ºJ.

Obzvlášť prísne požiadavky sa kladú na vodu, ktorá sa dodáva do vykurovacích kotlov v elektrárňach - ukazovateľ celkovej tvrdosti nesmie prekročiť 0,05-0,1 mg-eq/l.

Ako vypočítať tvrdosť doma

Zvýšená tvrdosť sa neprejavuje žiadnymi vonkajšími znakmi - vôňou, farbou, konzistenciou. Prejavuje sa:

• vytvárajúce sa usadeniny na dne kanvice;
• slabé penenie pracích prostriedkov;
• biele šmuhy na sprchovej hlavici v kúpeľni.

Presné zloženie vody sa dá zistiť len pomocou analýzy. V domácnosti však existuje jednoduchý spôsob, ako určiť tvrdosť vody z vodovodu s malou chybou 1-2 stupne.

Na experiment budete potrebovať: kúsok pracieho mydla, malý objem destilovanej vody, elektronické váhy, nádobu, valcovité sklo, pravítko.

1. Jemne nastrúhajte 1 g pracieho mydla a rozpustite ho v 3-4 polievkových lyžiciach mierne ohriatej destilovanej vody. Ak nemáte po ruke kuchynskú váhu, môžete sa riadiť podľa oka - pol čajovej lyžičky bez vrchnáka.
2. Do pohára s mydlovým roztokom nalejte destilovanú vodu tak, aby výška stĺpca kvapaliny zodpovedala percentuálnemu obsahu mastných kyselín uvedenému na mydlovej kocke. Ak je 72%, výška vodného stĺpca by mala byť 72 mm od dna kadičky, ale nie od povrchu tabuľky.
3. Do nádoby nalejte 0,5 litra vody z vodovodu a za jemného miešania do nej nalejte tenký prúd mydlového roztoku. Najprv sa vo vode objavia vločky, bublinky a potom vytrvalá biela pena. To znamená, že všetky soli sú už viazané.

Vypočítajte počet centimetrov vodného stĺpca, ktorý pretiekol do nádoby, môžete od pôvodnej výšky odpočítať výšku zvyšného mydlového roztoku:

_hn= _ahoj – ho,

kde:

• _hn - výška stĺpca pretečeného roztoku;
• _һi - výška vodného stĺpca pôvodného mydlového roztoku;
• _ho - výška stĺpca zvyškového mydlového roztoku.

Každý centimeter roztoku naliateho do nádoby zodpovedá 2ºdH. Hodnota sa zhoduje s nemeckou jednotkou tvrdosti. Napríklad, 4,6 centimetra boli naliate z kadičky, čo zodpovedá 9,2 dH.

Pomocou tabuľky môžete získané výsledky prepočítať na mg-eq/l a a kalkulačku pre presné výsledky.

Presnejšie výsledky získate pomocou elektronických testerov, ako je napríklad TDS-3. Analyzujú tvrdosť a kyslosť vody a výsledky zobrazujú na displeji ako RRM alebo pH. Jednotky RRM môžete prepočítať na ºJ pomocou kalkulačky.

Ak chcete získať podrobnú analýzu vody v studni alebo vrte, môžete to urobiť pomocou súpravy "Well-1".

Ďalší jednoduchý a lacný spôsob určenia kvality vody - testovacie prúžky.

Vplyv vody

O ľudskom tele

Doteraz neexistujú žiadne seriózne štúdie potvrdzujúce škodlivé účinky tvrdej vody na živý organizmus. Je však známe, že dlhodobá konzumácia vody so zvýšenou tvrdosťou prispieva k vzniku močových kameňov. Organizmus nemá čas vylúčiť nadbytočné stopové prvky, čo vedie k vzniku močových kameňov, obličkových kameňov a usadenín v kĺboch.

Kvalita vody je dôležitá aj z hygienického hľadiska. Mydlo reagujúce so soľami vápnika a horčíka ničí ochrannú vrstvu pokožky a spôsobuje podráždenie alebo alergie. Vlasy sú suché a lámavé.

Vápnik a horčík sú zároveň dôležité stopové prvky pre život človeka:

• Denná dávka vápnika je 1000 mg;
• horčík - 400 mg.

Nedostatok týchto prvkov môže spôsobiť vážne poruchy v tele. Podľa štúdií WHO sa zistilo, že konzumácia príliš mäkkej vody vedie k vyplavovaniu solí z tela a k zmenám v rovnováhe vody a solí. V regiónoch, kde sa používa mäkká voda:

• nárast kardiovaskulárnych ochorení;
• zvýšenie počtu zlomenín u detí a zníženie hmotnosti novorodencov.

WHO uvádza, že prítomnosť solí vo vode by sa mala považovať za nevyhnutnú podmienku normálnej životnej činnosti organizmu.

O technike

Soli tvrdosti spôsobujú množstvo problémov spojených s používaním domácich spotrebičov a priemyselných zariadení:

Príliš mäkká voda má negatívny vplyv na spotrebiče a zvyšuje riziko korózie potrubia v dôsledku nízkej alkality. Preto je potrebné udržiavať správnu rovnováhu zloženia vody a soli.

Metódy zmäkčovania vody

Tvrdosť sa dá znížiť rôznymi spôsobmi. Výber závisí od pôvodnej kvality vody, jej účelu a podmienok používania.

Tepelná metóda

Varenie je najjednoduchší a najdostupnejší spôsob odstránenia uhličitanovej tvrdosti. Je vhodný pre malé objemy vody, ktoré sa používajú pre potreby domácnosti. Touto metódou sa však neodstránia všetky soli tvrdosti a riad bude potrebné odvápniť.

Filtrácia

Nie je to tak dávno, čo filter na zmäkčovanie vody predstavoval pôsobivú inštaláciu. Moderné technológie a materiály umožnili vytvoriť kompaktné systémy na čistenie vody, ktoré poskytujú mäkkosť vody a ľahko sa zmestia pod drez v kuchyni. Vymeniteľné filtračné kazety okrem zmäkčovania vody odstraňujú zápach a nečistoty. Správny výber filtrov a včasná výmena zaručujú kvalitné čistenie vody z vodovodu, studne alebo vrtu. Jedným z moderných komplexných systémov sú filtre "Barrier".

Chemické metódy

Na vyzrážanie solí tvrdosti sa do vody pridávajú špeciálne činidlá - hasené vápno, sóda, polyfosfáty. Táto metóda je účinná na priemyselné použitie. Jej hlavnou nevýhodou je potreba ďalšieho využitia odpadu. Voda po takejto úprave nie je vhodná na potravinárske účely.

Výmena iónov

Filtrácia prostredníctvom iónovo-výmenných živíc sa úspešne používa v priemysle. Princíp je založený na výmene katiónov kovov alkalických zemín za ióny sodíka a vodíka v kolóne s jemnozrnnou náplňou. Na regeneráciu použitej živice sa používa roztok kuchynskej soli. Ak sa zmení úroveň tvrdosti vody, je potrebné manuálne upraviť nastavenia.

Fyzikálne metódy

Tieto metódy sú založené na procesoch elektrodialýzy, ultrazvuku a elektromagnetických impulzov. Tvrdé soli sa premieňajú do modifikovaného stavu, v ktorom nekryštalizujú do pevnej zrazeniny, ale tvoria nestabilné zlúčeniny. Použitie ultrazvukových a elektromagnetických vĺn navyše podporuje odlúčenie už existujúceho vodného kameňa.

Membránová metóda

Tento spôsob čistenia má aj iný názov - reverzná osmóza. Voda pod vysokým tlakom prechádza cez filter s mikroskopickými bunkami a je úplne očistená od chemických nečistôt, suspendovaných častíc a baktérií. Kvalita získanej vody sa blíži kvalite destilovanej vody. Na jej použitie je potrebná dodatočná mineralizácia. Nevýhodou metódy je jej vysoká cena.

Spodný riadok

Pri hodnotení kvality vody je dôležité zohľadniť nielen úroveň tvrdosti a pravdepodobnosť tvorby vodného kameňa, ale aj korozívnosť. Správne posúdenie vám umožní zvoliť účinný súbor opatrení na úpravu vody.