Ювелирное обозрение

Одним из наиболее часто задаваемых вопросов жителями города Москвы является вопрос о величине жесткости питьевой воды. Это обусловлено широким распространением в быту посудомоечных и стиральных машин, для которых расчет загрузки моющих средств осуществляется исходя из фактического значения жесткости используемой воды.

Узнать значение жесткости воды по своему адресу вы можете с помощью нашего электронного сервиса "Качество воды в районах Москвы".

В России жесткость измеряют в "градусах жесткости", а мировые производители используют принятые в своих странах единицы измерения. Поэтому для удобства жителей создан "Калькулятор жесткости", с помощью которого можно перевести значения жесткости из одной системы измерения в другую, чтобы правильно настроить свою бытовую технику.

Показатель жесткости	Текущая ед.измерения	Требуемая ед.измерения	Результат расчета показателя

Жесткостью называют совокупность свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей, главным образом, кальция и магния ("солей жесткости"). Общая жесткость складывается из временной и постоянной. Временную жесткость можно устранить кипячением воды, что обусловлено свойством некоторых солей выпадать в осадок, образуя так называемую накипь.

Основной фактор, влияющий на величину жесткости – растворение горных пород, содержащих кальций и магний (известняки, доломиты), при прохождении через них природной воды. Поверхностные воды, в целом, более мягкие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая максимума в зимний период. Минимальные величины жесткости типичны для периодов половодья или паводка, когда происходит интенсивное поступление в источники водоснабжения мягких талых или дождевых вод.

Единицы измерения жесткости

В России жесткость измеряют в "градусах жесткости" (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды.

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

Жесткость воды – это один из основных критериев качества воды.

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+ ) и в меньшей степени магния (Mg 2+ ). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na + ) таким свойством не обладают.

В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al 3+ ) и трехвалентное железо (Fe 3+ ) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, "вклад" в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва 2+ ).

Различают следующие виды жесткости.

Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

Метод удаления: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м 3 ).

Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (d o , dH), французский градус (f o ), американский градус, ppm CaCO₃.

Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

Единицы жесткости воды

Немецкий градус, d o

Французский градус, f o

Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм 3 СаО или 17.86 мг/дм 3 СаСО3 в воде.

Один французский градус соответствует 10 мг/дм 3 СаСО₃ в воде.

Один американский градус соответствует 1 мг/дм 3 СаСО₃ в воде.

Ионы кальция (Ca 2+ ) и магния (Mg 2+ ), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников – из справочника "Гидрохимические показатели состояния окружающей среды" и учебника для вузов "Водоподготовка" /9/. A две – из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более "жесткий" подход к проблеме жесткости "у них". Тому есть причины, о которых – ниже.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са 2+ ) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg 2+ ) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах – десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм 3 ).

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жестких" волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Группа компаний WATER.RU

117449, Россия, г. Москва, ул. Карьер, д. 2а

Время работы: пн-чт 10:00-18:00, пт 10:00-16:00
Время работы склада: пн-чт 10:00-17:00, пт 10:00-15:00

Офис-склад в Мартемьяново:
пн-чт 10:00-17:00, пт 10:00-15:00

Жесткость воды. Мягкая вода. Жесткая вода. Перевод единиц (градусов) жесткости воды. Нормы жесткости воды. Таблицы значений жесткости воды.

• жёсткой называется вода с большим содержанием солей ,
• мягкой с малым содержанием

"Жёсткая" вода – исторически: ткань, постиранная с использованием мыла на основе жирных кислот в жёсткой воде – более жёсткая на ощупь. Этот факт объясняется, с одной стороны, отложением на ткани кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

• временная (карбонатная) жёсткость, – обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО₃)₂; Mg(НСО₃)₂,
• постоянная (некарбонатная) жёсткость – вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂).

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Нормы жесткости воды – в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:

Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:

Жесткость, °Ж Кальций, мг/л Магний, мг/л Москва 2,0-5,5 46 11 Париж 5,0-6,0 90 6 Берлин 5,0-8,8 121 12 Нью-Йорк 0,3-0,4 6 1 Сидней 0,2-1,3 15 4

Нормативные требования и рекомендации

• Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:

• кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.

Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:

кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость – не более 7°Ж.

Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):

кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.

По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана

Перевод единиц и градусов жесткости воды – в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:

Перевод единиц жесткости воды в пересчете по кальцию. Вполне можно пользоваться вне зависимости от реального состава жесткости.

°Ж = 1 мг-экв/л	mmol/L	ppm, mg/L	dGH, °dH	gpg	°e, °Clark	°fH
1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это:	1	0,5	50,05	2,804	2,924	3,511	5,005
1 ммоль/л = mmol/L это:	2	1	100.1	5.608	5.847	7.022	10.01
1 американский° ppmw = mg/L = American degre:	0,01998	0.009991	1	0.05603	0.05842	0.07016	0.1
1 немецкий° dGH, °dH это:	0,3566	0.1783	17.85	1	1.043	1.252	1.785
1 американская популярная ед. gpg это:	0,342	0.171	17.12	0.9591	1	1.201	1.712
1 английский °e, °Clark это:	0,2848	0.1424	14.25	0.7986	0.8327	1	1.425
1 французский °fH это:	0,1998	0.09991	10	0.5603	0.5842	0.7016	1
Пример: 1 °Ж = 50,05 ppm

• американские градусы жесткости воды, внимание тут два пункта:

• gpg = Grains per Gallon: 1 гран (0.0648 г) CaCO₃ в 1 американском галлоне (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО₃ – это не “американский градус”, но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
• американский градус = ppm_w = mg/L = American degre: 1 часть CaCO₃ в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO₃

английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 гран (0.0648 г) в 1 английском галлоне (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO₃

французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO₃ в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO₃

немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = “немецкая жесткость” может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция – СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния – MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO

русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO₃ or 20.04 мг/л Ca2+

ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO₃ or 40.08 мг/л Ca2+

Методы устранения жесткости воды

• Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

• Ca(HCO₃)2 → CaCO₃↓ + CO₂ + H₂O.
• Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

• Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

• Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3Ca(HCO₃)2 + 2Na₃PO4 → Ca₃(PO4)2↓ + 6NaHCO₃

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ → Mg₃(PO₄)₂↓ + 3Na₂SO₄

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

• Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование.

• При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.
• В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

• Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

• Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).
• В качестве недостатков данного метода следует отметить:

• – необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
• – относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
• – низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.

• Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

“>