Определение жесткости воды из крана и методы ее смягчения

Жесткость воды – совокупная величина химических и физических качеств воды, которые связаны с содержанием в ней растворенных солей и щелочных металлов, преимущественно кальция и магния. Это так называемые «соли жесткости». Консультанты сайта «Сантехник Портал» помогут вам разобраться, как определить жесткость воды в домашних условиях и умягчить ее, если ее показатели зашкаливают.

Откуда берется жесткость и мягкость?

Несмотря на простую химическую формулу H2O, на самом деле, это очень сложное вещество природного происхождения с большим количеством микроэлементов. В любой органике есть водная основа с различной степенью жесткости. Что означит этот показатель?

Даже на ощупь можно определить, в какой жидкости были постираны вещи. Ткани, очищенные в мягкой среде, более пышные, мягкие, а в жесткой – грубые и тонкие на ощупь. Это объясняется тем, что ткани способны аккумулировать ионы минеральных элементов.

Источниками кальция (Ca2+), магния (Mg2+) и других щелочных металлов, являются естественные месторождения известняка, доломитов и гипса. Ионы данных микроэлементов приникают в жидкость в следствии реакции диоксида углерода с минералами, а также в результате процесса химического разложения горных пород. Поставщиком данных частиц служат также микробиологические процессы, происходящие в почве в месте водосбора.

• жёсткой считается жидкая среда с большим содержанием солей;
• мягкая вода характеризуется их малым содержанием.

В основном в маломинерализованных жидких средах превалирует жесткость на базе ионов кальция, но в редких случаях преобладает ионизация магния. С повышением уровня минерализации воды процент ионов кальция стремительно снижается и редко превосходит 1 г/л. Содержание же ионов магния в высокоминерализованной среде может досягать 5-71 г/л, а в соленых озерах – 10-20 г/л.

Жесткость поверхностных вод, в основном, меньше жесткости подземных сред. Жесткость поверхностных вод склонна к значительным сезонным колебаниям, достигая высшей точки в конце зимы и низшей в стадии половодья, когда тщательно разбавляется мягкой дождевой и талой жидкостью. Морская и океанская среды обладают очень высокой степенью жесткости – 90-300 и более мг-экв/дм3.

В чем измеряется жесткость?

С 2014 года в Российской Федерации введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». Согласно обновленному ГОСТу, единицы измерения жесткости воды теперь выражаются в градусах жесткости (°Ж).

1 °Ж означает, что концентрация щелочноземельного элемента равна ½ его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). В различных странах применяются разные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Перевод единиц и градусов жесткости воды в пересчете по кальцию разных систем измерения:

Нормы жесткости воды в России

Соли жесткости обладают разными свойствами. При разогреве, некоторые из них образуют в осадок в виде накипи, а некоторые — не выпадают. По этому признаку различают следующие виды жесткости воды:

1. Соли, которые выпадают в осадок, образуют временную или устранимую жесткость.
2. Соли, не выпадающие в осадок, называют постоянной жесткостью. Они выпадают в осадок исключительно при полном испарении воды.

Временная жесткость отличается наличием в воде не только катионов Ca2+, Mg2+ и Fe2+, но и гидрокарбонатных или бикарбонатных анионов (HCO3-).

При кипячении жидкости гидрокарбонаты распадаются, образуя плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2↑

Общая жесткость суммируется из постоянной и временной.

Таблица норм временной жесткости по данным ВСТ:

Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:

• кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л.

Определенной рекомендуемой величины нет. По данной характеристика питьевая вода в Москве вполне соответствует рекомендациям ВОЗ.

Российские нормативные документы для питьевой воды регламентируют:

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

Норматив физиологической полноценности бутилированной воды:

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

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

Для сравнения Эколайн привела следующие нормы жесткости в России и Германии:

Заметно, что в Европе требования к допустимой жесткости воды намного строже, чем в России.

Чем опасная жесткая и мягкая вода?

Требования к жесткости воды для приготовления пищи, питья и бытового применения находятся в зависимости от условий определенной местности.

Жидкость с повышенными или заниженными показателями оказывает негативное влияние не только на сантехнические приборы и бытовую технику, но и на здоровье человека.

Но прежде всего, степень жесткости влияет на вкус жидкости. Чрезмерно жесткая отличается привкусом горечи и металла, а слишком мягкая вода «невкусная».

Предел вкуса ионов кальция в питьевой среде составляет 2-6 мг-экв/л. Предел вкуса для ионов магния заметно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается жидкость с показателем от 1,6 до 3 мг-экв/л.

Негативное влияние на технику

Использование жидкости с высоким уровнем жидкости от 4 мг-экв/л для бытовых нужд приводит к образованию отложений накипи на внутренних деталях сантехнических устройств, отопительных систем, бытовой техники (ТЭНы стиральных и посудомоечных машин).

Такую воду вообще не стоит применять в приспособлениях для нагрева жидких сред. Нагревательный элемент электрического бойлера, кофеварки, чайника, посудомоечной или стиральной машины в течение короткого времени обрастает слоем накипи. В результате процесс нагрева замедляется, а в дальнейшем прибор вовсе выходит из строя. Однако данную проблему легко решить, если прокипятить водонагреватель с растворенными в одном литре воды 50-100 г лимонной кислоты.

На сам процесс стирки вещей и мытья посуды тоже ухудшается от использования для этих целей жидкости с большим количеством солей. Порошок или моющее средство, растворяясь в обогащенной калием и магнием среде, образует большое количество пены. Повышенное пенообразование, в свою очередь, негативно влияет на эффективность очищающего процесса и на работу самого бытового агрегата.

Применение чрезмерно жесткого раствора солей для водных и банных гигиенических процедур приводит к образованию налета на кранах, смесительных узлах, шлангах, душевых лейках. В результате сантехнические детали в скором времени также выходят из строя.

Поэтому важно знать, как смягчить воду из скважины, если она подается на бытовые приборы и сантехнические устройства в частном доме.

Негативное влияние на человека

Иногда допускается использование воды с показателем жесткости до 10 мг-экв/л, однако длительное употребление такой жидкости оказывает отрицательное воздействие на здоровье человека. Повышенная жесткость вредна для кожи, ускоряя процессы старения, негативно воздействует на волосы, делая их ломкими и тонкими. Кроме того, такая жидкость плохо влияет на работу почек, сердца, органов пищеварения, а также создает лишнюю нагрузку на сосуды.

Всемирная организация здравоохранения не приводит конкретные данные, хотя неоднократно проводятся исследования, относительно того, как качество воды связано с возникновением болезней сердца, почек, сосудов и других органов.

При длительном употреблении воды с завышенным уровнем растворения солей замечаются существенные отклонения от нормы, проявляющиеся в деятельности следующих органов:

1. Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – при синтезе солей с животными жирами формируются соли жирных кислот, которые обволакивают стенки желудка и кишечника, препятствуя обычной ферментации и серьёзно тормозят перистальтику. В итоге организм накапливает токсичные вещества и шлаки, появляется дисбактериоз.
2. Суставы – определенные типы солей при попадании в организм формируют неорганические соединения, которые постепенно вытесняют синовиальное жидкое вещество из суставов. В итоге они обрастают кристаллами, которые провоцируют сильные боли в процессе движения. Может развиться артрит и полиартрит.
3. Сердечно-сосудистая система – при значимом повышении коэффициента жесткости питьевой воды, деятельность сердца ухудшается, вплоть до возникновения признаков выраженной аритмии.
4. Кожные покровы – продолжительное употребление жидкости с завышенными показателями раствора солей ведёт к раннему старению кожи. Губительное влияние отмечается как при приёме воды внутрь, так и при водных процедурах или мытье посуды. При взаимодействии моющих веществ с жёсткой средой на коже формируется пленка, которая разрушает верхние слои эпидермиса.

А вот миф о процессе образования камней в почках в результате употребления питьевой воды низкого качества успешно развенчан учеными. Камни появляются от нехватки кальция, который вымывается из костей и оседает в органах мочевыводящей системы.

Чрезмерно мягкая вода тоже плохо отражается на здоровье человека, нарушая водно-солевой баланс.

Всех перечисленных недугов и болезненных состояний можно избежать, если использовать многоступенчатый умягчитель воды. Сделать воду мягче, можно разнообразными методами даже в домашних условиях. Но прежде нужно узнать, какая в вашем кране жесткость воды и способы ее устранения, если этот показатель сильно завышен.

Как измерить жесткость?

Для оценки показателей градусов жесткости воды применяются следующие способы:

1. Комплексонометрическое титрование трилоном Б. Метод сложный, но самый точный.
2. Покупные тесты. Не на 100% точные, зато простые и недорогие.
3. Измерение электропроводности при помощи кондуктометра.
4. При помощи ионометра и ионоселективных электродов.
5. Применение методики титрования соляной кислотой проб воды. Сложный и не очень точный способ.
6. Тесты с использованием хозяйственного мыла. Простой, но не эффективный метод.

Под титрованием имеется в виду растворение в воде реагента необходимой концентрации. Содержание солей показывает реакция реагента с жидкостью. Изготовить реактив легко — необходимо лишь соединить кислоту с дистиллированной водой в установленных пропорциях. Приготовленный раствор угрозы не представляет.

Намного проще пользоваться готовыми тестами. Для этого нужно налить 5 мл воды в стакан, затем по каплям добавить в сосуд содержимое теста, после каждой капли жидкость требуется перемешивать. Продолжать добавлять реактив, пока цвет жидкости не станет зеленым вместо розового. Результаты сверить по таблице, которая продается вместе с тестами.

Как смягчить воду в домашних условиях?

Существует несколько методов сделать питьевую воду мягче. Те, кто хорошо учил химию в школе, прекрасно знакомы с некоторыми из них. Способы устранения жесткости воды из скважины и из-под крана:

1. Кипячение. Самый простой и доступный метод избавления от временных солей жесткости без применения химических веществ и сложных приспособлений. При воздействии высоких температур гидрокарбонаты и сульфат кальция разлагаются, выпадая осадком на дне емкости и нагревательных деталях.

Умеренно мягкая вода подходит для использования в любых целях: питья, стирки, мытья и пр.

Для этого нужно всего лишь довести жидкость до кипения, оставить на пару минут покипеть, после чего охладить до требуемой температуры.

Однако у этого способа есть серьезные недостатки:

• снижается только временная жесткость, и то частично;
• ограниченность – сложно обеспечить все бытовые нужды кипячением;
• образование накипи, требующее частой чистки или замены посуды;
• при кипении из жидкости испаряются полезные вещества;
• для прогрева требуются значительные затраты энергии.

2. Отстаивание. Спустя пару суток отстаивания жесткой воды из скважины или колодца в темном месте, жидкость становится несколько мягче. Ее можно использовать для полива цветов и комнатных растений. Может понизить содержание солей и в питьевой воде, но только если их уровень лишь немного превышает норму.
3. Замораживание. Эффективный способ, который не изменяет структуру жидкости, в результате чего все полезные вещества в составе сохраняются. Нужно поместить заполненную не до конца емкость в морозильную камеру, а когда на стенках сосуда появится лед, слить воду по центру. Можно использовать, как для питья, так и для полива растений. Однако заготовить большие объемы проблематично.
4. Пищевая и кальцинированная сода. Благодаря химическим свойствам данное вещество хорошо смягчает воду и снижает ее кислотность. Необходимо просто добавить 1-2 ч.л. соды на 10 литров водной среды и тщательно перемешать. Когда сода осядет на дне, раствор можно употреблять для приготовления пищи.

Но и у этого метода имеются минусы:

• смягченная содой вода не «вкусная», пить ее можно, но удовольствия это не принесет;
• заготовить большие объема трудно.

5. Уксус и лимонная кислота. Частично понижают жесткость, но существенно увеличивают степень кислотности, в результате чего данные средства не рекомендуются применять для очищения питьевой воды. Часто ими пользуются в косметических и гигиенических целях. Чтобы смягчить воду для мытья волос, нужно добавить 1 ст. л. уксуса или 1 ч. л. лимонной кислоты на 2-3 литра воды, перемешать. Дать постоять несколько минут.
6. Каменная (поваренная) соль, она же хлористый натрий. Обычная соль хорошо растворяет соли кальция и магния, препятствует отложению накипи на нагревательных приборах и элементах. Но для питья такую воду, по понятным причинам, не используют. Она находит свое применение в посудомоечных машинах в виде солевых таблеток и гранул.
7. Химические средства. Вещества в виде порошка или таблеток. Применяются согласно инструкции. Продаются в магазинах бытовой химии. Характеризуются одним очень значимым недостатком – смягчают воду только для стирки.
8. Фильтры. Универсальные системы, предназначенные для быстрого смягчения большого количества жесткой воды и удаления вредных примесей. Могут действовать автономно или подключаться к водопроводу. Отличаются конструкцией и принципом действия.

Виды систем понижения жесткости воды:

• Фильтр-кувшин – рассчитан на объем 1-3 литра, подходит для очистки для питья и приготовления пищи, чая или кофе. Действует с помощью специального картриджа. В зависимости от интенсивности использования и начальной жесткости растворенных элементов служит до 2-х месяцев, потом требует замены фильтрующего картриджа.
• Ионообменные системы – фильтруют и смягчают воду любой жесткости с помощью специальных ионообменных смол и солевого раствора (вещества находятся в разных резервуарах). Эти фильтры отличаются высокой производительностью и относительной простотой обслуживания. Недостатки: не подходят для очистки с целью употребления в пищу или для питья, требуют периодической замены реагентов и подключения к канализации.
• Магнитные и электромагнитные смягчители – устанавливаются на магистралях или на трубах водопроводов в виде накладок. Под воздействием магнитного или электромагнитного поля соли жесткости теряют способность откладываться в виде накипи и стекают в специальные отстойники. Недостаток: не подходят для очистки с целью питья.
• Мембранные фильтры (системы обратного осмоса) – пропускают жидкость под давлением через специальную мембрану, которая улавливает молекулы всех веществ кроме воды. Использовать в пищевых целях не рекомендуется, поскольку в ней отсутствуют необходимые организму вещества.

Чтобы решить данную проблему, системы обратного осмоса оборудуются дополнительным модулем – минерализатором, который насыщает воду необходимыми минералами и солями. Недостатки: высокая стоимость и небольшая производительность.

9. Дистилляция. Данный метод позволяет полностью очистить воду от солей жёсткости. Такой умягчитель избавляет жидкость от любых «вредных» и «полезных» примесей.

Таким образом, можно легко выяснить, как смягчить воду в домашних условиях – кипячением, добавлением соды, уксуса, соли, лимонной кислоты или гашеной извести. Дистилляция и применение системы обратного осмоса тоже можно осуществить дома, но тогда заметно повышается стоимость одного литра отфильтрованной воды. Другие способы смягчения в домашних условиях трудноосуществимы.

Как откорректировать жесткость воды в аквариуме?

Чтобы сделать комфортную микросреду для существования аквариумных рыбок, важно применять жидкость подходящей жесткости, с установленным кислотно-щелочным балансом. Для повышения этого показателя используется известняк и мрамор. Чем мягче среда, тем быстрее повысится ее жесткость.

Другой способ ужесточения – химический, с внедрением хлористого кальция и магнезии. Максимальный эффект наступает при применении двух веществ сразу.

Для умягчения жидкой среды в аквариуме ее необходимо прокипятить. Чтобы снизить содержание солей в два раза, нужно осуществлять непосредственное кипячение в течение длительного времени — от 30 до 50 минут.

Другой способ смягчения – вымораживание. Воду для аквариума необходимо налить в пластиковый контейнер и поместить в морозилку. Затем растопить лед, охладить жидкость до нужной температуры и залить в аквариум.

Часто способы умягчения применяют комбинированно. К примеру, одну часть солей ликвидируют реагентным методом, а другую – при помощи катионного обмена.

Опреснение, обессоливание, удаление растворенных газов, железа, стабилизация – это специальные способы очистки. Так, если для снижения жесткости применяются методы катионирования или ионного обмена, речь идет об обессоливании. Жидкость, которая получается на выходе, не содержит ни анионов, ни катионов солей.

Жесткость воды – одно из важнейших ее свойств, зависящее от типа и количества содержащихся в ее составе солей. Смягчение стоит делать только после предварительного анализа, потому что любой умягчитель понижает содержание минеральных веществ. Сайт santehnikportal.ru предоставил 6 способов, как определить жесткость воды в домашних условиях, и 9 методов, как умягчить жидкость для разных целей.