Жесткость воды

Совокупность физико-химических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей кальция и магния («солей жесткости»), принято называть жесткостью воды.

Концентрация двухвалентных катионов, прежде всего, кальция и магния, определяет уровень жесткости воды. Происходит это в результате взаимодействия катионов с анионами, приводящего к образованию выпадающих в осадок соединений. Одновалентные катионы данным свойством не обладают.

Не только кальций и магний влияют на жесткость воды, это свойство присуще также и некоторым другим элементам. Например, железо, стронций, марганец, алюминий, барий тоже оказывают влияние на жесткость воды, но их воздействие настолько мало и незначительно, что, как правило, при проведении анализа попросту не учитывается. 

Выделяют несколько видов жесткости воды.

Под понятием общей жесткости подразумевается суммарная концентрация ионов кальция и магния. Общая жесткость - это совокупность карбонатной и некарбонатной жесткости.

Карбонатная жесткость определяется содержанием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Такая жесткость также носит название временной, это связано с тем, что в процессе кипячения воды она почти полностью исчезает. Нагрев воды приводит к распадению гидрокарбонатов, образованию угольной кислоты и выпадению карбоната кальция и гидроксида магния в осадок.

Не карбонатная жесткость, также называемая постоянной, связана с наличием в воде солей серной, азотной и соляной кислот. Такой тип жесткости не устраняется в процессе кипячения.

 Для измерения жесткости воды могут использоваться разные единицы. В России стандартной единицей измерения жесткости считается моль на кубический метр. Другие единицы, используемые для измерения жесткости в мировой практике, - это так называемые градусы жесткости: немецкий, французский, американский.

Все минеральные воды содержат в себе ионы кальция и магния. Они поступают в воду из природных залежей известняка, гипса и доломитов в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода и минералов. Сточные воды разных предприятий также могут служить причиной попадания в воду ионов кальция и магния.

В маломинерализованных водах, как правило, жесткость обуславливается по большей мере ионами кальция - до 70-80 %. В редких случаях преобладает магниевая жесткость - до 50-60%. В высокоминерализованных водах, напротив, содержание ионов кальция существенно ниже, чем магния. Вода с высоким уровнем минерализации редко содержит ионы кальция в количестве большем 1 грамма на литр, в то время как содержание ионов магния может составлять нескольких граммов и даже десятков граммов на литр. 

Как известно, поверхностные воды менее жесткие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод напрямую зависит от сезонных условий. Наибольшие показатели обнаруживаются в конце зимы, а наименьшие - в период половодья (уровень жесткости уменьшается за счет мягкой дождевой воды, попадающей в источники). Морская вода, как и океанская, имеет очень высокую жесткость, которая может достигать сотни мг-экв/дм³.

Степень жесткости воды, приемлемая для ее использования в качестве питья, может быть разной и зависит от местных условий. Порог вкуса для кальция - 2-6 мг-экв/л, для магния - ниже. В редких случаях считается приемлемой вода, жесткость которой достигает 10 мг-экв/л и даже выше. Однако высокая жесткость оказывает отрицательное воздействие на органолептические свойства воды, что проявляется в горьковатом привкусе и негативном влиянии на пищеварительные органы.

ВОЗ не дает рекомендаций, касающихся степени жесткости воды по медицинским показателям. Имеются некоторые сведения, указывающие на возможное негативное влияние воды с высокой жесткостью на сердечно сосудистую систему человека. Также существует представление, что вода с низкими показателями жесткости может отрицательно сказываться на балансе минеральных веществ в человеческом организме. Однако не имеется никаких существенных доказательств действительной связи между данными явлениями ни в первом, ни во втором случае.

Что же касается использования воды для питания котлов, то здесь существуют строгие ограничения, касающиеся жесткости воды. Если жесткость превышает 4 мг-экв/л, то в зависимости от уровня pH и щелочности, может вызывать отложение накипи и шлаков в распределительной системе. Поэтому Котлонадзор сформулировал ограничения жесткости воды, используемой в этом назначении, которые сводятся к 0,05-0,1 мг-экв/л.

Если говорить об использовании воды в бытовых и косметических целях, то здесь также следует упомянуть о негативных последствиях, которые может оказать употребление воды с высокой жесткостью. Такого типа вода во взаимодействии с мылом, шампунями, стиральными порошками и другими моющими средствами способствует образованию так называемых «мыльных шлаков», т.е. пены, которая после высыхания оставляет налет на сантехнике, посуде, белье, а также человеческой коже и волосах. Эти шлаки, кроме всего прочего, способны разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа человека. Если жесткость воды высокая, то после мытья человек может почувствовать «скрип» кожи и волос. Если же вода мягкая, то после ванных процедур может остаться чувство «мылкости», которое служит показателем, что защитная пленка кожи не была повреждена.

Однако использование воды с низкой жесткостью также может иметь некоторые негативные последствия. Например, вода, обладающая жесткостью менее 2 мг-экв/л, может иметь малую буферную емкость, что в свою очередь способно приводить к высокому коррозионному влиянию на водопроводные трубы. По этой причине в теплотехнике нередко проводится обработка воды, направленная на достижение наилучшего соотношения между коррозионной активностью воды и степенью ее жесткости.

Для удаления солей жесткости используются фильтры умягчения воды.