Τι είναι η σκληρότητα του νερού, η ταξινόμησή της, πώς να προσδιορίσετε τη σκληρότητα και πώς να την αποδυναμώσετε

Η σκληρότητα του νερού είναι ένα από τα σημαντικότερα κριτήρια που καθορίζουν τις καταναλωτικές του ιδιότητες. Σχηματίζοντας αδιάλυτες ορυκτές αποθέσεις στην εσωτερική επιφάνεια των ηλεκτρικών συσκευών και του βιομηχανικού εξοπλισμού, οδηγεί σε υποβάθμιση των λειτουργικών χαρακτηριστικών τους. Για την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού, καθορίζονται τα επιτρεπτά όρια του δείκτη.

Πώς σχηματίζονται τα άλατα σκληρότητας

Το νερό είναι ένας παγκόσμιος διαλύτης. Η σύνθεση των φυσικών πηγών διαμορφώνεται ανάλογα με τον τύπο του εδάφους. Το νερό με το διαλυμένο διοξείδιο του άνθρακα διεισδύει στο έδαφος, περνά μέσα από το πάχος των γεωλογικών πετρωμάτων - γύψος, δολομίτης, ασβεστίτης, τα διαβρώνει, εμπλουτίζεται με οργανικές και ανόργανες ουσίες, ιόντα μετάλλων. Αποτελούν τη συνολική ανοργανοποίηση του νερού(TDS).

Μεταξύ αυτών κυριαρχούν τα κατιόντα ασβεστίου και μαγνησίου, η συνολική τους τιμή δίνει τη συνολική σκληρότητα του νερού. Διακρίνεται σε δύο τύπους:

• προσωρινό (ανθρακικό),
• μόνιμο (μη ανθρακικό).

Ο τύπος για την ολική σκληρότητα έχει ως εξής:

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

Η ανθρακική σκληρότητα οφείλεται στην παρουσία υδρογονανθρακικών αλάτων Ca(_HCO3)2 και Mg(_HCO3)2. Απομακρύνονται εύκολα από το διάλυμα, σχηματίζοντας αδιάλυτο ίζημα κατά τον βρασμό. Ο δεύτερος τύπος σκληρότητας καθορίζει την περιεκτικότητα του νερού σε διαλυτά άλατα, τα οποία δεν μπορούν να απομακρυνθούν με θέρμανση. Για την εξάλειψη της μόνιμης σκληρότητας χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι, οι οποίες θα περιγραφούν στη συνέχεια του άρθρου.

Σε αντίθεση με τις υπόγειες πηγές, το επιφανειακό νερό περιέχει λιγότερα άλατα, καθώς αραιώνεται συνεχώς από τις βροχοπτώσεις. Το επίπεδο σκληρότητας σε αυτά είναι μια μεταβλητή τιμή. Φτάνει στις μέγιστες τιμές του το χειμώνα και κατά τη διάρκεια των πλημμυρών μειώνεται. Στα υπόγεια ύδατα, ο δείκτης αυτός είναι πιο σταθερός.

Μονάδες μέτρησης

Η συγκέντρωση αλάτων μετράται σε ισοδύναμα χιλιοστογραμμάρια ανά λίτρο: 1 mg-eq/L = 20,04 mg ^Ca2+ και 12,16 mg ^Mg2+. Στο διεθνές σύστημα SI, ο δείκτης εκφράζεται αριθμητικά σε μόρια ανά ^meter3 (^mol/m3). Στη χώρα μας χρησιμοποιούνται βαθμοί σκληρότητας, 1 ºJ = 1 mg-eq/L ή 0,5 mmol/L.

Οι βαθμοί σκληρότητας χρησιμοποιούνται και σε άλλες χώρες, αλλά διαφέρουν ως προς τις αριθμητικές τιμές:

• Γερμανικός βαθμός σκληρότητας 1ºdH = 10 mg/L CaO ή 7,194 mg/L MgO,
• Γαλλικά 1ºfH = 10 mg/L _CaCO3;
• Αγγλικά 1ºClark = 14,254 mg/L _CaCO3;
• Αμερικανική 1 gpg = 17,12 mg/L _CaCO3.

Για τη μετατροπή σε άλλες μονάδες μέτρησης, είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε μια άλλη αμερικανική μονάδα - PPM (PPM), η οποία ισούται με 1 mg/L. _CaCO3. Ως εκ τούτου:

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

Για να μετατρέψουμε τα ppm στους βολικούς μας ºÆ βαθμούς σκληρότητας, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε έναν μετατροπέα. Μια κλίμακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή μεταξύ βαθμών:

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

Πρότυπα σκληρότητας

Σύμφωνα με την παράμετρο της ολικής σκληρότητας, το νερό διακρίνεται:

• μαλακό - έως 4 ºJ,
• μέτρια σκληρότητα - από 4 έως 8 ºJ,
• σκληρό νερό - περισσότερο από 8 ºJ.

Η ποικιλομορφία των φυσικών συνθηκών στη Ρωσία καθιστά αδύνατο τον καθορισμό ενιαίων προτύπων σκληρότητας για όλες τις περιοχές. Η µέγιστη επιτρεπόµενη συγκέντρωση (MPC) της ^Ca2+ ποικίλλει ευρέως ανάλογα με τις τοπικές συνθήκες.

Ωστόσο, τα πρότυπα πόσιμου νερού δεν διαφέρουν πολύ από τις ρυθμίσεις του ΠΟΥ (Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας). Ως εθνικό πρότυπο, το GOST 31954-2012 ισχύει στη χώρα μας από την 01.01.2014. Λαμβάνει υπόψη τα κύρια διεθνή πρότυπα για την ποιότητα του νερού και τις μεθόδους ανάλυσης. Το πρότυπο ισχύει για όλες τις υπόγειες και επιφανειακές πηγές.

Πίνακας 1. Κανονικές τιμές των συγκεντρώσεων ασβεστίου και μαγνησίου στο πόσιμο νερό

Η σύνθεση του νερού διέπεται από την κλίμακα σκληρότητας ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται:

• αποδεκτή τιμή για το νερό της βρύσης - 300 ppm ή 6 ºJ,
• βέλτιστη τιμή για φυσικά υδάτινα σώματα - εντός 400 ppm ή 8 ºJ,
• το μέγιστο επιτρεπόμενο επίπεδο σκληρότητας είναι 500 ppm, 10 ºJ,
• απειλητικές για τη ζωή συγκεντρώσεις αλάτων - πάνω από 500 ppm, > 10 ºJ.

Ιδιαίτερα αυστηρές απαιτήσεις επιβάλλονται για το νερό που τροφοδοτεί τους λέβητες θέρμανσης των σταθμών παραγωγής ενέργειας - ο δείκτης ολικής σκληρότητας δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 0,05-0,1 mg-eq/l.

Πώς να υπολογίσετε τη σκληρότητα στο σπίτι

Η αυξημένη σκληρότητα δεν εκφράζεται με εξωτερικά σημάδια - οσμή, χρώμα, συνοχή. Αποδεικνύεται από:

• σχηματίζοντας κλίμακα στον πυθμένα του βραστήρα,
• κακός αφρισμός των απορρυπαντικών,
• λευκές ραβδώσεις στην κεφαλή του ντους στο μπάνιο.

Η ακριβής σύνθεση του νερού μπορεί να διαπιστωθεί μόνο με τη βοήθεια ανάλυσης. Αλλά στο σπίτι υπάρχει ένας απλός τρόπος για να προσδιορίσετε τη σκληρότητα του νερού της βρύσης με ένα μικρό σφάλμα 1-2 βαθμών.

Για το πείραμα θα χρειαστείτε: ένα κομμάτι σαπούνι πλυντηρίου, έναν μικρό όγκο αποσταγμένου νερού, ηλεκτρονική ζυγαριά, ένα δοχείο, ένα κυλινδρικό ποτήρι, έναν χάρακα.

1. Ψιλοκόψτε 1 γρ. σαπούνι πλυντηρίου και διαλύστε το σε 3-4 κουταλιές της σούπας ελαφρά θερμαινόμενο αποσταγμένο νερό. Αν δεν έχετε πρόχειρη ζυγαριά κουζίνας, μπορείτε να καθοδηγηθείτε με το μάτι - μισό κουταλάκι του γλυκού χωρίς την κορυφή.
2. Ρίξτε απεσταγμένο νερό στο ποτήρι με το διάλυμα σαπουνιού, έτσι ώστε το ύψος της στήλης του υγρού να αντιστοιχεί στο ποσοστό των λιπαρών οξέων που αναγράφεται στην πλάκα σαπουνιού. Εάν 72%, το ύψος της στήλης του νερού πρέπει να είναι 72 mm από τον πυθμένα του ποτηριού, αλλά όχι από την επιφάνεια του τραπεζιού.
3. Ρίξτε 0,5 λίτρα νερό βρύσης σε ένα δοχείο και, ανακατεύοντας απαλά, ρίξτε σε αυτό ένα λεπτό ρεύμα διαλύματος σαπουνιού. Πρώτα, θα εμφανιστούν νιφάδες, φυσαλίδες στο νερό, στη συνέχεια - ένας επίμονος λευκός αφρός. Αυτό δείχνει ότι όλα τα άλατα έχουν ήδη δεσμευτεί.

Υπολογίστε τον αριθμό των εκατοστών της στήλης νερού που υπερχείλισε στο δοχείο, μπορείτε να αφαιρέσετε το ύψος του εναπομείναντος διαλύματος σαπουνιού από το αρχικό:

_hn= _{Γεια σου} – ho,

όπου:

• _hn - ύψος της στήλης του διαλύματος που υπερχείλισε,
• _һi - ύψος της στήλης νερού του αρχικού διαλύματος σαπουνιού,
• _ho - ύψος της στήλης του υπολειπόμενου διαλύματος σαπουνιού.

Κάθε εκατοστό διαλύματος που χύνεται στο δοχείο αντιστοιχεί σε 2ºdH. Η τιμή συμπίπτει με τη γερμανική μονάδα σκληρότητας. Για παράδειγμα, 4,6 εκατοστά έχουν χυθεί από ένα ποτήρι ζέσεως, το οποίο αντιστοιχεί σε 9.2 dH.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα για να μετατρέψετε τα αποτελέσματα σε mg-eq/l και a αριθμομηχανή για ακριβή αποτελέσματα.

Μπορείτε να λάβετε πιο ακριβή αποτελέσματα με ηλεκτρονικά τεστ όπως το TDS-3. Αναλύουν το νερό για σκληρότητα και οξύτητα, εμφανίζοντας τα αποτελέσματα στην οθόνη ως RRM ή pH. Μπορείτε να μετατρέψετε τις μονάδες RRM σε ºJ με μια αριθμομηχανή.

Αν θέλετε να κάνετε λεπτομερή ανάλυση του νερού σε πηγάδι ή γεώτρηση, μπορείτε να το κάνετε με το κιτ "Well-1".

Ένας άλλος απλός και ανέξοδος τρόπος για τον προσδιορισμό της ποιότητας του νερού - ταινίες δοκιμής.

Επίδραση του νερού

Για το ανθρώπινο σώμα

Μέχρι σήμερα, δεν υπάρχουν σοβαρές μελέτες που να επιβεβαιώνουν τις βλαβερές συνέπειες του σκληρού νερού στον ζωντανό οργανισμό. Είναι όμως γνωστό ότι η παρατεταμένη κατανάλωση νερού με αυξημένο επίπεδο σκληρότητας, συμβάλλει στην ανάπτυξη ουρολιθίασης. Ο οργανισμός δεν προλαβαίνει να αποβάλει την περίσσεια ιχνοστοιχείων, γεγονός που οδηγεί στην εμφάνιση λίθων στο ουροποιητικό, πέτρες στα νεφρά και εναποθέσεις στις αρθρώσεις.

Η ποιότητα του νερού έχει επίσης σημασία για την υγιεινή. Το σαπούνι, αντιδρώντας με τα άλατα ασβεστίου και μαγνησίου, καταστρέφει το προστατευτικό στρώμα του δέρματος, προκαλώντας ερεθισμούς ή αλλεργίες. Τα μαλλιά γίνονται ξηρά και εύθραυστα.

Ταυτόχρονα, το ασβέστιο και το μαγνήσιο είναι σημαντικά ιχνοστοιχεία για την ανθρώπινη ζωή:

• Η ημερήσια πρόσληψη ασβεστίου είναι 1000 mg;
• μαγνήσιο - 400 mg.

Η ανεπάρκεια αυτών των στοιχείων μπορεί να προκαλέσει σοβαρές διαταραχές στον οργανισμό. Σύμφωνα με μελέτες που διεξήγαγε ο ΠΟΥ σημειώνεται ότι η κατανάλωση υπερβολικά μαλακού νερού οδηγεί σε έκπλυση αλάτων από το σώμα και σε αλλαγές στην ισορροπία νερού-αλατιού. Σε περιοχές όπου χρησιμοποιείται μαλακό νερό:

• αύξηση των καρδιαγγειακών παθήσεων,
• αύξηση του αριθμού των καταγμάτων στα παιδιά και μείωση του βάρους των νεογέννητων.

Ο ΠΟΥ αναφέρει ότι η παρουσία αλάτων στο νερό πρέπει να θεωρείται απαραίτητη προϋπόθεση για τη φυσιολογική ζωτική δραστηριότητα του οργανισμού.

Σχετικά με την τεχνική

Τα άλατα σκληρότητας προκαλούν πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη χρήση οικιακών συσκευών και βιομηχανικού εξοπλισμού:

Το πολύ μαλακό νερό έχει αρνητικές επιπτώσεις στις συσκευές, αυξάνοντας τον κίνδυνο διάβρωσης των σωλήνων λόγω της χαμηλής αλκαλικότητας. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να διατηρείται η σωστή ισορροπία της σύνθεσης νερού-αλατιού.

Μέθοδοι αποσκλήρυνσης νερού

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για τη μείωση της σκληρότητας. Η επιλογή καθορίζεται ανάλογα με την αρχική ποιότητα του νερού, τον σκοπό και τις συνθήκες χρήσης του.

Θερμική μέθοδος

Ο βρασμός είναι ο απλούστερος και πιο προσιτός τρόπος για την εξάλειψη της ανθρακικής σκληρότητας. Είναι κατάλληλος για μικρές ποσότητες νερού που χρησιμοποιούνται για οικιακές ανάγκες. Ωστόσο, η μέθοδος αυτή δεν εξαλείφει όλα τα άλατα σκληρότητας και τα πιάτα θα πρέπει να αφαλατωθούν.

Διήθηση

Πριν από λίγο καιρό, ένα φίλτρο αποσκλήρυνσης νερού αποτελούσε μια εντυπωσιακή εγκατάσταση. Η σύγχρονη τεχνολογία και τα υλικά έχουν καταστήσει δυνατή τη δημιουργία συμπαγών συστημάτων καθαρισμού που δίνουν απαλότητα στο νερό και χωράνε εύκολα κάτω από το νεροχύτη της κουζίνας. Οι ανταλλακτικές κασέτες φίλτρου, εκτός από το να μαλακώνουν το νερό, απομακρύνουν τις οσμές και τις ακαθαρσίες. Η σωστή επιλογή των φίλτρων και η έγκαιρη αντικατάσταση εγγυώνται ποιοτικό καθαρισμό του νερού από την παροχή νερού, το πηγάδι ή τη γεώτρηση. Ένα από τα σύγχρονα σύνθετα συστήματα είναι τα φίλτρα "Barrier".

Χημικές μέθοδοι

Για την καταβύθιση των αλάτων σκληρότητας, προστίθενται στο νερό ειδικά αντιδραστήρια - σβησμένος ασβέστης, σόδα, πολυφωσφορικά άλατα. Η μέθοδος είναι αποτελεσματική για βιομηχανική χρήση. Το κύριο μειονέκτημά της είναι η ανάγκη για περαιτέρω αξιοποίηση των αποβλήτων. Το νερό μετά από μια τέτοια επεξεργασία είναι ακατάλληλο για τρόφιμα.

Ανταλλαγή ιόντων

Η διήθηση μέσω ρητινών ανταλλαγής ιόντων χρησιμοποιείται με επιτυχία στη βιομηχανία. Η αρχή βασίζεται στην αντικατάσταση των κατιόντων αλκαλικών γαιών από ιόντα νατρίου και υδρογόνου σε στήλη με λεπτόκοκκο υλικό πλήρωσης. Ένα διάλυμα επιτραπέζιου αλατιού χρησιμοποιείται για την αναγέννηση της χρησιμοποιημένης ρητίνης. Εάν αλλάξει το επίπεδο σκληρότητας του νερού, είναι απαραίτητη η χειροκίνητη προσαρμογή των ρυθμίσεων.

Φυσικές μέθοδοι

Οι μέθοδοι αυτές βασίζονται στις διαδικασίες της ηλεκτροδιάλυσης, της δράσης υπερήχων, των ηλεκτρομαγνητικών παλμών. Τα άλατα σκληρότητας μετατρέπονται σε τροποποιημένη κατάσταση στην οποία δεν κρυσταλλώνονται σε στερεό ίζημα, αλλά σχηματίζουν ασταθείς ενώσεις. Η χρήση υπερήχων και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων προάγει επιπλέον την αποκόλληση της ήδη υπάρχουσας αλάτωσης.

Μέθοδος μεμβράνης

Αυτή η μέθοδος καθαρισμού έχει ένα άλλο όνομα - αντίστροφη όσμωση. Το νερό υπό υψηλή πίεση διέρχεται από ένα φίλτρο με μικροσκοπικά κύτταρα και καθαρίζεται πλήρως από χημικές ακαθαρσίες, αιωρούμενα σωματίδια, βακτήρια. Η ποιότητα του λαμβανόμενου νερού είναι κοντά στο αποσταγμένο νερό. Για τη χρήση του απαιτείται πρόσθετη ανοργανοποίηση. Το μειονέκτημα της μεθόδου είναι το υψηλό κόστος της.

Κατώτατη γραμμή

Κατά την αξιολόγηση της ποιότητας του νερού, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο το επίπεδο σκληρότητας και η πιθανότητα σχηματισμού αλάτων, αλλά και η διαβρωτικότητα. Η σωστή αξιολόγηση θα σας επιτρέψει να επιλέξετε μια αποτελεσματική σειρά μέτρων για την επεξεργασία του νερού.