Норма жесткости воды для питья

Вода необходима человеку для правильной работы организма. В природе H2O в чистом виде не существует, уровень примесей отличается в зависимости от источника. Концентрация солей в водном растворе влияет на срок службы бытовой техники.

Чтобы сохранить здоровье населения и качество оборудования на промышленном производстве, устанавливается норма жесткости воды.

Понятие жесткости воды

Вода добывается из открытых или подземных источников. Почва близ них насыщена в т. ч. различными солями щелочноземельных элементов, чаще всего кальция и магния (сульфидами, фторидами и т.д.). Содержание их в Н2О и определяет ее жесткость.

Причины жесткости воды

Жесткость зависит от количества соединений, которые попадают в воду. Основные причины высокой концентрации примесей — местность и сезон. H2O, добываемая в регионах, богатых известняковыми породами, насыщена карбонатом кальция. Органические соединения и соли содержатся в почвенных водах, протекающих по дну рек или озер, т. к. залежи полезных ископаемых и продуктов жизнедеятельности животных обогащают водный раствор.

Лед имеет кристаллическую решетку, поэтому при замерзании воды инородные соединения вытесняются. Зимой концентрация примесей выше, чем весной, т. к. растаявший лед содержит меньше солей.

Типы жесткости воды

В зависимости от того, какие примеси содержатся в H2O, выделяют несколько типов жесткости.

Общая

Общая жесткость — сумма постоянной и временной жесткости.

Временная (карбонатная)

Карбонатная жесткость — показатель, который обозначает концентрацию гидрокарбоната кальция и магния в водном растворе. Сделать воду этого типа пригодной для питья можно, вскипятив ее. При повышении температуры образуются нерастворимые карбонаты. Накипь на чайнике — результат этой реакции.

Но если H2O очищают с помощью хлорирования, то кипятить ее нельзя. При нагревании хлор вступает в химическую реакцию с солями и становится токсичным.

Постоянная (некарбонатная)

Постоянная жесткость показывает содержание хлоридов, нитратов, сульфатов и других солей, не разлагающихся при кипячении. Для смягчения нужен более сложный процесс очистки.

Влияние жесткой воды на здоровье человека

Влияние солей, содержащихся в водном растворе, на организм человека недостаточно изучено. Но, по данным исследований, примеси оказывают негативное воздействие на:

1. Сердечно-сосудистую систему.
2. Почки. Большое количество солей в организме приводит к образованию камней.
3. Кожу. Мыло взаимодействует с солями кальция и магния и образует несмываемую пленку, которая нарушает защитный слой кожи. Раздражение и аллергия — следствие использования жесткой воды.
4. Волосы. Они становятся ломкими.
5. Желудочно-кишечный тракт. Соли оседают на стенках желудка, их накопление в организме может привести к дисбактериозу и другим расстройствам пищеварения.
6. Суставы. Большое количество примесей в воде способствует развитию артрозов.

Нормы жесткости воды

Жесткость определяется концентрацией катионов кальция и магния в растворе, в СИ — моль на кубический метр (моль/м³). Но чаще пользуются другой единицей измерения — миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л). 1 мг-экв/л = 20,04 мг кальция или 12,16 мг магния на л. жидкости.

В России с 2014 г. жесткость измеряется в градусах: 1°Ж = 1 мг-экв/л. Но в разных странах применяются свои единицы измерения:

• во Франции 1°fH — 0,19 мг-экв/л;
• в Германии 1°dH — 0,35 мг-экв/л;
• в Америке 1°ppm — 0,01 мг-экв/л;
• в Великобритании 1°e — 0,28 мг-экв/л.

Нормы жесткости для бытового использования и промышленного производства различаются.

Для питьевой

Согласно СанПиН (Санитарным правилам и нормам) для питьевой воды жесткость не может превышать 7°Ж. Самым подходящим для человека считается раствор до 2°Ж, приемлемым — до 10°Ж. Норма жесткости начинается с 2°Ж, потому что для здоровья в небольшом количестве необходимы соли, содержащиеся в воде. Их дефицит в организме приводит к вымыванию кальция из костей.

В разных странах стандарты различаются из-за экологической ситуации региона.

Для технической

Для техники насыщенный солями водный раствор тоже представляет опасность: на нагревательных элементах образуется накипь, которая может привести к поломке.

Для большинства производств не установлены нормы жесткости, только допустимое содержание отдельных веществ.

Для бытового использования водный раствор проходит более тщательную очистку, чем для технических нужд. Исключение составляют электронная и фармацевтическая промышленность, где требуется дистиллированная вода.

Расчет жесткости воды

Жесткость рассчитывается по формуле:

°Жо = m(Ca2+) / Э(Ca2+) × V(H2O) + m(Mg2+) / (Э(Mg2+) × V(H2O),

где:

• m — масса вещества;
• Э — масса ионов (кальций — 20,04 мг, магний — 12,16 мг);
• V — объем.

Временную жесткость вычисляют так:

Жк = [HCO3-] = m(HCO3) / Э(HCO3) × V(H2O).

Чтобы узнать градус постоянной жесткости, нужно вычесть из Жо получившееся значение.

Способы определения уровня жесткости воды

Точно определить концентрацию примесей можно только в лаборатории или с помощью специальных приборов, но у насыщенного солями раствора есть ряд отличительных признаков:

• овощи, крупы и мясо в жесткой воде плохо развариваются;
• мыло не пенится;
• чай заваривается дольше;
• ткани теряют мягкость после стирки;
• горький или меловый привкус;
• накипь образуется в чайнике, стиральной машине и на трубах.

Недобросовестные компании могут экономить на очистке, в этом случае нужно проверить показатели жесткости самостоятельно. Узнать концентрацию солей можно несколькими способами. Анализ Н2О делают на любой санэпидстанции и в других лабораториях. Если по результатам исследования концентрация солей выше нормы, то можно подать в суд, ссылаясь на официальный документ.

Самостоятельно уровень жесткости можно проверить с помощью электролизера, но его чаще используют в промышленности. Также применяется аппарат TDS-3. Солемер дает косвенную оценку мягкости водного раствора, определяя его общую минерализацию. Прибор часто используют для контроля количество примесей в колодцах, скважинах, бассейнах и домашних аквариумах.

Самый бюджетный и простой способ — тест с помощью полосок. Если намочить полоску, она окрасится в цвет, соответствующий уровню примесей.

Методы устранения жесткости воды

Уменьшить концентрацию примесей в растворе можно несколькими методами.

Катионирование

Ионообмен — способ уменьшить концентрацию вредных соединений. Основа метода — замена катионов кальция и магния в растворе на катионы натрия или водорода. При пропускании через катионит жесткой воды протекают реакции обмена, в ходе которых образуются нерастворимые соединения Ca2+ и Mg2+, которые задерживаются в субстрате. В раствор в свою очередь переходят не образующие накипи катионы Na+ или H+.

Часто для более эффективной очистки воды катионирование комбинируют с другими способами либо проводят в несколько ступеней, на каждой из которых варьируется концентрация катионита.

Термоумягчение

Термоумягчение — самый простой способ, применяемый в быту, подходит только для карбонатной жесткости. При кипячении соединения разлагаются и вода становится пригодной для питья.

Минус термоумягчения в том, что метод подходит только для очистки от карбонатных соединений.

Реагентное умягчение

В раствор добавляют кальцинированную соду, гашеную известь или ортофосфат натрия. Соли кальция и магния реагируют с этими веществами, образуя твердые компоненты, которые можно отфильтровать. Данный способ подходит для промышленного производства.

Минус реагентного умягчения в быстром изнашивании фильтра, каждые 5-7 лет его нужно заменять.

Обратный осмос

Данный метод позволяет очистить жидкость от 99% всех примесей. Для этого раствор пропускают через полупроницаемую мембрану под большим давлением. Обратный осмос применяется в домашних очистителях, фильтры под мойку в Тюмени можно купить в интернет-магазине «КВАНТА+».В производстве используются мембраны разных размеров, очищающие от 40% примесей.

Электродиализ

Водный раствор помещают в сосуд, разделенный множеством перегородок с мембранами. Стерильная вода не проводит электричество. При пропускании тока через раствор ионы притягиваются к противоположно заряженным мембранам и оседают на них. Количество вредных соединений снижается. Метод позволяет очищать воду без использования реагентов.

Минус электродиализа в скапливании солей на мембранах. Из-за концентрации нерастворимых веществ детали установки требуют частой замены. Кроме этого, необходима предварительная очистка воды от коллоидных соединений.

Дистилляция

Дистилляция редко применяется для смягчения. Раствор нагревают до 100°С. Соединения с меньшей температурой кипения улетучиваются, а соли остаются в установке после выпаривания жидкости. Образовавшийся пар охлаждают. Вода, смягченная таким способом, содержит примеси, безвредные для человека.

Минусы дистилляции:

• много требований к обслуживанию оборудования;
• медленный процесс очистки;
• большой расход жидкости для охлаждения конденсата.

Дополнительная информация

Интересные факты об очистке воды:

1. Во многих странах существовала традиция бросать серебряные монеты в колодец. Серебро реагирует с солями, но не со всеми. Основная причина отказа от использования этого металла в очистке — токсичность. По нормам СанПиН серебру присвоен 2-й класс вредности, но оно опасно только при накоплении вещества в организме.
2. Неочищенная вода была причиной многих эпидемий тифа, холеры и других заболеваний, а также низкой продолжительности жизни из-за увеличения количества вредных соединений в организме. Человечество пыталось создать очистительные сооружения начиная с древних времен. В Египте изобрели первые методы фильтрования.
3. Существует миф, что нельзя кипятить воду несколько раз, потому что в ней образуются вредные вещества, но это не так. Состав раствора от повторного нагревания не изменяется.
4. Многие считают, что бутилированная вода чище фильтрованной, но уровень содержания примесей у них одинаковый.

Подобрать подходящую систему очистки можно силами специалистов «КВАНТА +». Фильтры задерживают не все соединений, поэтому перед покупкой стоит узнать, какими солями насыщена вода.