Twardość wody: co się mierzy, rodzaje, norma dla wody pitnej

• Jak powstają sole twardości
• Wymiary
• Standardy sztywności
• Jak obliczyć sztywność w domu
• Wpływ wody
• Metody zmiękczania wody
• Wynik

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Twardość wody to jedno z najważniejszych kryteriów decydujących o jej właściwościach konsumenckich. Tworząc nierozpuszczalne osady mineralne na wewnętrznej powierzchni urządzeń elektrycznych i urządzeń przemysłowych, prowadzi to do pogorszenia ich działania. Do oceny jakości wody wyznaczono dopuszczalne granice wskaźnika.

Jak powstają sole twardości

Woda jest uniwersalnym rozpuszczalnikiem. Skład naturalnych źródeł kształtuje się w zależności od rodzaju terenu. Woda z rozpuszczonym w niej dwutlenkiem węgla penetruje glebę, przechodzi przez miąższość skał geologicznych – gipsu, dolomitu, kalcytu, eroduje je, wzbogacając się w substancje organiczne i mineralne, jony metali.Stanowią one całkowitą mineralizację wody (TDS).

Przeważają wśród nich kationy wapnia i magnezu, których sumaryczna wartość daje całkowitą twardość wody. Dzieli się na dwa typy:

• tymczasowy (węglan);
• trwałe (niewęglanowe).

Wzór na całkowitą sztywność to:

Ж_o=[Ca²⁺] + [Mg²⁺]=F_k+ F_nk

Twardość węglanowa wynika z obecności wodorowęglanów Ca(HCO₃)₂i Mg(HCO₃)_{2 Łatwo usuwają się z roztworu, tworząc podczas gotowania nierozpuszczalny osad. Drugi rodzaj twardości określa zawartość rozpuszczalnych soli w wodzie, których nie można usunąć przez ogrzewanie. Aby wyeliminować trwałą sztywność, stosuje się różne metody, które zostaną omówione w dalszej części artykułu.}

W przeciwieństwie do źródeł podziemnych wody powierzchniowe zawierają mniej soli, ponieważ są stale rozcieńczane przez opady atmosferyczne.Poziom sztywności w nich jest wartością zmienną. Zimą osiąga ekstremalne wartości, a spada podczas powodzi. W wodach podziemnych wskaźnik ten jest bardziej stabilny.

Wymiary

Stężenie soli jest mierzone w miligramowych ekwiwalentach na litr: 1 meq/l=20,04 mg Ca²⁺i 12,16 mg Mg^{2 +}W międzynarodowym układzie SI wskaźnik wyrażany jest liczbowo w molach na metr³(mol/m^{3). W naszym kraju stosuje się stopnie twardości 1 ºF \u003d 1 meq / l lub 0,5 mmol / l.}

Stopnie twardości są również używane w innych krajach, ale różnią się wartościami liczbowymi:

• Niemiecki stopień twardości 1ºdH=10 mg/l CaO lub 7,194 mg/l MgO;
• stopnie francuskie 1ºfH=10 mg/l CaCO_3;
• angielski 1 ºClark=14,254 mg/l CaCO_3;
• amerykański 1 gpg=17,12 mg/l CaCO_3.

Aby przełączyć się na inne jednostki miary, wygodniej jest użyć innej jednostki amerykańskiej - PPM (PPM), która jest równa 1 mg / l CaCO_{3. Stąd:}

• 1ºdH=17,9ppm;
• 1ºfH=10,0ppm;
• 1 ºC skowronek=14,25ppm;
• 1º gpg=17,1ppm;
• 1ºF=50,05 ppm.

Możesz przeliczyć ppm na dogodne dla nas stopnie twardości ºЖ za pomocą konwertera. Aby przechodzić między stopniami, możesz użyć skali:

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

Standardy sztywności

Woda wyróżnia się parametrem twardości całkowitej:

• miękkie - do 4 ºF;
• średnia twardość - od 4 do 8ºF;
• twarda - ponad 8 ºF.

Różnorodność warunków naturalnych nie pozwala na ustalenie jednolitych standardów sztywności dla wszystkich regionów. Maksymalne dopuszczalne stężenie (MAC) Ca^{2+ różni się znacznie w zależności od lokalnych warunków.}

Jednak standardy wody pitnej nie różnią się zbytnio od standardów WHO (Światowej Organizacji Zdrowia). Od 1 stycznia 2014 r. GOST 31954-2012 obowiązuje w naszym kraju jako norma krajowa. Uwzględnia główne międzynarodowe standardy dotyczące jakości wody i metod analizy. Norma dotyczy wszystkich źródeł podziemnych i powierzchniowych.

Tabela 1. Wartości referencyjne stężeń wapnia i magnezu w wodzie pitnej

№	Normalny dokument	Produkt	Ca, mg/l	Mg, mg/l	Stopnie, ºЖ
1	SanPin_2.1.4.1074-01, GN_2.1.5.1315-03	Picie wody	Nieuregulowane	Nieuregulowane	7
2	SanPin 2.1.4.1116-02	Woda butelkowana	25-130	5 - 65	1.5-7
3	Standardy WHO	Picie wody	20-80	10 - 30	Niedostępne

Skład wody w zależności od przeznaczenia reguluje skala twardości:

• dopuszczalny wskaźnik dla wody wodociągowej - 300ppm lub 6ºF;
• wartość optymalna dla zbiorników naturalnych - w granicach 400 ppm lub 8 ºF;
• maksymalny dopuszczalny poziom twardości - 500 ppm, 10 ºF;
• stężenie soli niebezpieczne dla życia - ponad 500 ppm,>10 ºF.

Szczególnie surowe wymagania stawiane są wodzie dostarczanej do kotłów grzewczych w elektrowniach – twardość całkowita nie może przekraczać 0,05-0,1 meq/l.

Jak obliczyć sztywność w domu

Zwiększona sztywność nie wyraża się żadnymi zewnętrznymi oznakami - zapachem, kolorem, konsystencją. Jej świadectwo:

• osadzanie się kamienia na dnie czajnika;
• słabe pienienie detergentów;
• białe plamy na główce prysznica w łazience.

Dokładny skład wody można poznać tylko poprzez analizę. Ale nawet w domu istnieje prosty sposób na określenie twardości wody z kranu z małym błędem 1-2 stopni.

Do eksperymentu potrzebne będą: kawałek mydła do prania, niewielka ilość wody destylowanej, waga elektroniczna, pojemnik, cylindryczne szkło, linijka.

1 g mydła do prania drobno zetrzyj i rozpuść w 3-4 łyżkach lekko ciepłej wody destylowanej. Jeśli nie masz pod ręką wagi kuchennej, możesz skupić się na oku - pół łyżeczki bez nasadki.
1. Wlej wodę destylowaną do szklanki roztworu mydła tak, aby wysokość słupka cieczy odpowiadała procentowej zawartości kwasów tłuszczowych podanej na kostce mydła. Jeśli 72%, to słup wody powinien znajdować się 72 mm od dna szklanki, ale nie od powierzchni stołu.
2. Wlej do pojemnika 0,5 litra wody z kranu i delikatnie mieszając cienkim strumieniem wlej do niego roztwór mydła. Najpierw w wodzie pojawią się płatki, bąbelki, potem uporczywa biała piana. Oznacza to, że wszystkie sole są już związane.

Liczbę centymetrów słupa wody wlanej do pojemnika możesz obliczyć odejmując wysokość pozostałego roztworu mydła od pierwotnego:

h_p=h_i- h_o,

gdzie:

• h_{p - wysokość przepełnionej kolumny roztworu;}
• h_{i- wysokość słupa wody początkowego roztworu mydła;}
• h_{о - wysokość kolumny pozostałości roztworu mydła.}

Każdy centymetr roztworu wlanego do pojemnika odpowiada 2ºdH. Wartość jest taka sama jak niemiecka jednostka twardości. Na przykład nalany ze szklanki o średnicy 4,6 cm, co odpowiada 9,2 dH.

Aby przeliczyć wyniki na mg-eq/l, możesz skorzystać z tabeli, a dla dokładnego wyniku - z kalkulatora.

№	Stopnie dH	Poziom twardości	Wskaźnik w mg-eq/l
1	0 - 4	Bardzo miękkie	Do 1,4
2	5 - 11	Miękki	1.8 - 4.0
3	12 - 22	Średni	4.3-8.0
4	22 - 34	Twardy	8.0-12
5	Więcej niż 34	Bardzo twardy	Powyżej 12

Bardziej dokładny wynik można uzyskać za pomocą testerów elektronicznych, takich jak TDS-3. Analizują wodę pod kątem twardości i kwasowości, wyświetlając wyniki na ekranie jako PPM lub pH. Możesz przeliczyć jednostki PPM na ºЖ za pomocą kalkulatora.

Jeśli chcesz uzyskać szczegółową analizę wody w studni lub studni, możesz to zrobić za pomocą zestawu Well-1.

Kolejny prosty i niedrogi sposób na określenie jakości wody - paski testowe.

Wpływ wody

Na ludzkim ciele

Do tej pory nie ma poważnych badań potwierdzających szkodliwy wpływ twardej wody na żywy organizm. Wiadomo jednak, że długotrwałe spożywanie wody o podwyższonej twardości przyczynia się do rozwoju kamicy moczowej. Organizm nie ma czasu na usunięcie nadmiaru pierwiastków śladowych, co prowadzi do pojawienia się kamieni moczowych, nerkowych i złogów w stawach.

Jakość wody ma również znaczenie higieniczne. Mydło reagując z solami wapnia i magnezu niszczy warstwę ochronną skóry, powodując podrażnienia lub alergie. Włosy stają się suche i łamliwe.

Jednocześnie wapń i magnez to pierwiastki śladowe ważne dla życia człowieka:

• dzienne zapotrzebowanie na wapń to 1000mg;
• magnez - 400 mg.

Brak tych pierwiastków może powodować poważne zaburzenia w organizmie. Według badań przeprowadzonych przez WHO zauważono, że spożywanie zbyt miękkiej wody prowadzi do wypłukiwania soli z organizmu i zmian w bilansie wodno-solnym. W regionach, w których używana jest miękka woda:

• wzrastające choroby układu krążenia;
• wzrost liczby złamań u dzieci i spadek masy noworodków.

WHO wskazuje, że obecność soli w wodzie należy uznać za warunek konieczny do prawidłowego funkcjonowania organizmu.

Dla pojazdów

Sole twardości powodują wiele problemów związanych z użytkowaniem sprzętu AGD i urządzeń przemysłowych:

• osadzanie się kamienia na ściankach pralek i zmywarek prowadzi do przedwczesnej awarii;
• baterie i głowice prysznicowe zatkane kamieniem;
• niewystarczające pienienie proszku do prania prowadzi do jego nadmiernego zużycia;
• rury i elementy grzejne pokryte kamieniem zwiększają zużycie energii i awarie;

  

• sole wytrącające zmniejszają drożność rur w instalacjach wodociągowych, obniżając ciśnienie wody;
• nierozpuszczalne związki na ściankach grzejników stają się silnym izolatorem ciepła, zmniejszając ich przenoszenie ciepła.

Zbyt miękka woda ma negatywny wpływ na sprzęt, zwiększając ryzyko korozji rur ze względu na niską zasadowość. Dlatego konieczne jest zachowanie właściwej równowagi składu wodno-solnego.

Metody zmiękczania wody

Istnieją różne sposoby na zmniejszenie sztywności. Wybór ustalany jest w zależności od wyjściowej jakości wody, jej przeznaczenia i warunków użytkowania.

Metoda termiczna

Gotowanie jest najłatwiejszym i najtańszym sposobem na wyeliminowanie twardości węglanowej. Nadaje się do małych ilości wody, które są wykorzystywane do potrzeb domowych. Jednak metoda nie eliminuje wszystkich soli powodujących twardość, a naczynia będą wymagały odkamieniania.

Filtrowanie

Jeszcze nie tak dawno filtr zmiękczający wodę był imponującą instalacją. Nowoczesne technologie i materiały pozwoliły stworzyć kompaktowe systemy czyszczące nadające miękkość wodzie, które z łatwością zmieszczą się pod zlewozmywakiem w kuchni. Wymienne wkłady filtracyjne oprócz zmiękczania wody usuwają nieprzyjemne zapachy i zanieczyszczenia. Właściwy dobór filtrów i terminowa wymiana gwarantują wysokiej jakości oczyszczanie wody z wodociągu, studni lub studni. Jednym z nowoczesnych zintegrowanych systemów są filtry „Barrier”.

Metody chemiczne

W celu wytrącenia soli twardości dodaje się do wody specjalne odczynniki - wapno gaszone, sodę, polifosforany. Metoda jest skuteczna w zastosowaniach przemysłowych. Jego główną wadą jest konieczność dalszej utylizacji odpadów. Woda po takim uzdatnieniu nie nadaje się do celów spożywczych.

Wymiana jonowa

Filtracja przez żywice jonowymienne jest z powodzeniem stosowana w przemyśle.Zasada działania polega na zastąpieniu kationów metali ziem alkalicznych jonami sodu i wodoru w kolumnie z zasypką drobnoziarnistą. Roztwór soli służy do regeneracji zużytej żywicy. W przypadku zmiany twardości wody wymagana jest ręczna regulacja ustawień.

Metody fizyczne

Metody te bazują na procesach elektrodializy, działaniu ultradźwięków, impulsów elektromagnetycznych. Sole twardości są przenoszone do stanu zmodyfikowanego, w którym nie krystalizują w stały osad, ale tworzą nietrwałe związki. Zastosowanie fal ultradźwiękowych i elektromagnetycznych dodatkowo przyczynia się do złuszczania istniejącego kamienia nazębnego.

Metoda membranowa

Ta metoda czyszczenia ma inną nazwę – odwrócona osmoza. Woda pod wysokim ciśnieniem przepuszczana jest przez filtr z mikroskopijnymi komórkami i jest całkowicie oczyszczana z zanieczyszczeń chemicznych, zawieszonych cząstek, bakterii.Jakość powstałej wody jest zbliżona do destylowanej. Do jego zastosowania wymagana jest dodatkowa mineralizacja. Wadą metody jest jej wysoki koszt.

Wynik

Oceniając jakość wody, należy wziąć pod uwagę nie tylko stopień twardości i prawdopodobieństwo osadzania się kamienia, ale także korozyjność. Prawidłowa ocena pozwoli dobrać skuteczny zestaw środków do uzdatniania wody.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!