Жесткость воды – одна из основополагающих характеристик, влияющая на ее свойства и возможности использования. Наряду с кислотностью (рН) и минерализацией (сухой остаток), является важнейшим химическим параметром качества воды. Его превышение является актуальной проблемой для многих российских регионов. Например, показатели стабильно увеличены в Белгородской, Орловской, Смоленской, Ростовской и Тульской областях.
Что такое жесткость воды?
Это содержание солей двух щелочноземельных металлов – кальция (Ca) и магния (Mg). К ним относятся гидрокарбонаты, хлориды, сульфаты. Исследования показывают, что в жесткой воде больше кальция, чем магния. Но эти два компонента взаимосвязаны и в процессе химической реакции образуют кристаллы жесткости. Есть и другие металлы, способные в той или иной мере влиять на этот показатель. Например, железо, марганец и алюминий. Но в большей степени это ощущается в водоемах и скважинах. В централизованной системе их влияние незначительное, поэтому жесткость воды определяется по содержанию ионов Сa2+ и Mg2+.
Типы жесткости воды
В зависимости от восприимчивости к термической обработке различают два вида.
→ Временная жесткость. Возникает при наличии в воде гидрокарбонатов кальция и магния, поэтому называется карбонатной. В процессе кипячения самоустраняется и не оказывает негативного воздействия на организм человека. Но заметна в чайнике в виде накипи. Это и есть разложившиеся гидрокарбонаты и карбонаты, которые можно очистить механически.
→ Постоянная жесткость. Характеризуется наличием в воде более устойчивых к кипячению и разложению компонентов. Это остальные соединения кальция и магния с остатками кислот (соляной, серной, азотной). Называется некарбонатной и в осадок не выпадает. Уменьшить ее показатель можно с помощью ионных фильтров или добавлением растворителей солей.
Общая жесткость воды определяется суммой обоих показателей. Уменьшается при устранении карбонатной жесткости кипячением, при этом некарбонатная не меняется. Для полноценного использования воды нужен баланс. Это важно не только для поддержания здоровья человека, но и для вспенивания моющих средств, продления эксплуатации приборов и трубопроводов.
На что влияет жесткость воды?
В быту это вызывает накипь в чайнике, активизирует коррозию бытовых приборов, радиаторов и труб. Плохо отмывается посуда, на выстиранной одежде появляются разводы и налет. При использовании такой воды возникают и субъективные ощущения (несмываемость мыла, жесткость волос), а при питье ощущается горьковатый вкус. Более серьезной проблемой является влияние жесткой воды на здоровье. При постоянном потреблении возможны проблемы с пищеварением и развитие мочекаменной болезни. В организме соли соединяются с белками и оседают на стенках желудка, кишечника и почек, вызывая заболевания.
Единицы измерения и нормы жесткости питьевой воды
В России единицей обозначения является моль на кубический метр (моль/м3), но чаще встречается миллиэквивалент на литр (мг-экв./л). Шкала жесткости воды следующая:
- Очень мягкая – до 1,5 мг-экв/л.
- Мягкая – от 1,5 до 4 мг-экв/л.
- Средняя – от 4 до 8 мг-экв/л.
- Жесткая – от 8 до 12 мг-экв/л/.
- Очень жесткая – от 12 мг-экв/л.
Один мг-экв/л содержит 20,04 мг ионов кальция и 12,16 мг – магния. По нормативам СанПиН 2.1.4.1074-01, показатель жесткости для воды из централизованного водоснабжения не должен превышать 7 мг-экв/л. При жесткости в пределах 4-6 мг-экв/л воду можно использовать и в бытовых целях, и для питья. Для промышленного применения допустимо превышение до 10 мг-экв/л. Помимо этих обозначений, могут использовать и градусы, но здесь всего три градации. Это мягкая вода – до 2%, средней жесткости – до 10% и очень жесткая – от 10%.
Что такое сухой остаток?
Это показатель минерализации воды, который тоже является немаловажным для ее характеристик. В свою очередь может влиять на жесткость и способствовать образованию накипи. Определяется по концентрации растворенных в воде минеральных веществ. Его еще называют общим солесодержанием, так как основу составляют соли. Это могут быть хлориды, сульфаты, карбонаты, нитраты. Они не являются токсичными, но ухудшают органолептические свойства воды – в частности придают ей солоноватый или горьковатый привкус. Постоянно употреблять такую воду также нежелательно из-за нарушения водно-солевого баланса.
Исследование на сухой остаток осуществляется по ГОСТ 18164-72. Используется гравиметрический (весовой) метод, то есть определение веса высушенного остатка после выпаривания. Единица измерения – миллиграмм на литр (мг/л). По российским санитарным нормам, для питьевой воды предельно допустимая концентрация – 1000 мг/л. Оптимальным значением специалисты считают 300-500 мг/л. Если приближается к 800-1000 мг/л, то это повышенная минерализация, но считающаяся в пределах допустимой. У пресной воды (речной, озерной) этот показатель ниже, а у морской и минеральной, соответственно, выше.
Методы определения жесткости воды
В быту превышение концентрации солей обычно определяют по накипи на дне посуды. Это самый простой способ. Можно воспользоваться и тест-полосками. Что же касается профессиональных методов, то согласно ГОСТ 3195-2012, используют две технологии.
-
Комплексонометрический (титриметрический) метод. Пробу приводят к нужным значениям рН и добавляют в нее тетранатриевую соль – трилон Б. Нужно обеспечить щелочную среду, так как именно в ней трилон Б образует с катионами кальция и магния растворимые в воде соединения. На результат может влиять присутствие в пробе ионов меди, цинка, марганца, а также мутность воды и другие свойства. Технология достаточно трудоемкая и не всегда точная.
-
Атомная спектрометрия. Это более достоверный способ определения жесткости воды, который практически не зависит от характеристик пробы. При атомно-абсорбционной плазменной спектрометрии измеряется поглощение света атомами магния и кальция. Излучение меняется характерным способом и дает возможность выполнять анализ. Разновидностью этого метода являются и масс-спектрометрические исследования.
