Чему равен 1 градус жесткости воды. Как определить жесткость воды

Питьевая вода должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

Существует несколько стандартов на питьевую воду:

• Российский стандарт, определяемый соответствующими нормами и ГОСТами;
• Стандарт ВОЗ (Все­мирной организации здравоохранения);
• Стандар­т США и стандарта стран Европейского союза (ЕС).

Качество питьевой воды на территории Российской Федерации определяется нормами санитарно-эпидемиологических правил и нормативами, утвержденными главным государственным санитарным врачом Российской Федерации. Главным Российским ГОСТом на питьевую воду является введенные в действие в 2002 г. Санитарные правила и нормы (СанПиН).

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

• вода с соответствующими органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;
• вода с рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;
• вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;
• вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналити­ческих методов);
• вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.

Примерный норматив на воду показан в таблице 1:

Таблица 1. Примерный норматив воды

В таблице 2 общие требования к составу и свойствам воды с указанием допустимых норм. Качество воды для водозабора оценивается не только по присутствию в ней токсичных и плохо пахнущих веществ, но и по изменению физико-химических показателей и свойств воды.

Таблица 2. Показатель состава и свойств воды водоема

Примечание: Проба воды анализируется по следующим показателям: общая жесткость, рН, содержание железа, цветность, запах, нитраты, нитриты, сероводород, микробиология воды и др. Кроме того, большое значение имеет производительность оборудования для очистки воды, которая зависит от пиковой нагрузки водопотребления объекта.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние на организм человека, представлен в таблице 3.

Таблица 3.
Влияние неорганических и неорганических веществ, бактерий и вирусов на организм человека

Параметры питьевой воды подразделяются на три группы:

• органолептические свойства;
• показатели бактериального и санитарно-химического загрязнения;
• химические свойства

Органолептические показатели питьевой воды - оценки запаха, вкуса, цвета и мутно­сти, каждый человек может выполнить самостоятельно.

Химические свойства воды характеризуются следующими показателями: жесткостью, окисляемостью, величиной рН, общей минерализацией - содержанием в воде растворенных солей и элементов.

Кальций

Кальций является чрезвычайно важным минералом. Человеческое тело содержит до 30-40 кг кальция, 99% которого находится в костях и зубах. Кальций участвует в формировании костей, он необходим для возбуждения нервов, работы мышц, свертываемости крови и передачи гормональных сигналов. Кроме того, кальций регулирует активность различных ферментов и имеет противовоспалительные и антиаллергические свойства. Недостаток кальция приводит к нарушениям работы мышц и является причиной остеопороза.

Магний

Магний, как и калий, очень важный элемент в клетке. Он активирует ферменты, регулирующие различные химические реакции в организме, принимает участие в функционировании мышечных и нервных клеток и играет ключевую роль для нормального функционирования сердца и кровообращения. Организм теряет магний при употреблении спиртного. Последствиями может быть раздражительность, слабая концентрация, судороги мышц и нарушения сердечного ритма.

Натрий

Натрий - это жизненно важный минерал, основная задача которого состоит в том, чтобы вместе с хлоридами регулировать водно- и кислотно-щелочной баланс организма. Совместно с калием натрий играет значительную роль при формировании нервного импульса.

Калий

Калий - минерал, играющий важную роль в функционировании мышечных и нервных клеток. Он необходим мышечным клеткам сердца, которые нуждаются в достаточном содержании калия. Недостаток калия может выражаться как общей усталостью, так и судорогами мышц, а также мышечной слабостью или нарушениями сердечного ритма.

Хлориды

Хлориды определяют совокупность находящегося в теле хлора, который способствует поддержанию кислотно-щелочного баланса жидкостей и играет важную роль при производстве соляной кислоты в желудке.

Хлор

Хлором обеззараживают воду, т.к. хлор - мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные микро­организмы. Однако в реках и озерах, откуда ве­дется водозабор, присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с некото­рыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более токсические соединения, чем сам хлор. Например, соединения хлора с фенолом; они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки, но в малых концентрациях не очень опас­ны. Однако возможны соединения хлора с бензолом, толуолом, бензином, с образова­нием диоксина, хлороформа, хлортолуола и дру­гих канцерогенных веществ. Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием газообразного озона, ултрафиолета и серебра для этой цели дорогие.

Сульфаты

Сульфаты являются солями серной кислоты, которые, в сочетании с магнием и натрием, активизируют пищеварение. Также сульфаты могут содействовать выведению вредных веществ почками и предотвращать формирование мочевых камней.

Фториды

Кроме известного антикариесного воздействия фтора отмечается его свойство служить биокатализатором процессов минерализации, что используется в лечебных целях при остеопорозе, рахите и других заболеваниях. Природные воды с повышенным содержанием фтора в сочетании с кальцием положительно влияют на устойчивость организма к радиационному поражению. Фтор способен снижать концентрацию стронция в костной ткани примерно на 40%, и этот процесс не сопровождается обеднением скелета кальцием.

Жесткость

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+), магния (Mg 2+) и железа (Fe 2+ , Fe 3+). Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости), способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na +) таким свойством не обладают. Жесткая вода содержит много минеральных солей, от которых на стенках посуды, котлах и других агрегатах образуется накипь - каменная соль. Жесткая вода губительна и непригодна для систем водоснабжения. В такой воде плохо заваривается чай, плохо растворяется мыло. В таблице 4 приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и анионы, с которыми они ассоциируются.

Таблица 4.
Основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и 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 вклад в жесткость малы.

Источником ионов кальция и магния являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы Ca 2+ и Mg 2+ поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород.

Вода подземных источников имеет большую жесткость, а вода поверхностных источников - относительно невысокую (3-6 мг·экв/л). Содержание солей жесткости в питьевой воде в пределах 1 - 4 мг-экв/л способствует протеканию нормальных обменных процессов в организме. С питьевой водой человек получает 1-2 г минеральных солей в сутки, а, в связи с тем, что в отличие от многих пищевых продуктов ионы в воде находятся в растворенном (гидратированном) состоянии, их усваиваемость организмом увеличивается на порядок. Мягкая вода должна иметь жесткость не более 10 мг·экв/л. В последние годы высказано предположение, что вода с низким содержанием солей жесткости способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

Величина pH

Величина pH может быть от 0 до 14 и показывает, является ли раствор кислым, нейтральным или щелочным. Если величина pH меньше чем 7, - то раствор кислый, как, например, лимонный сок, имеющий величину pH 2-3. Растворы с величиной pH 7 нейтральны, как, например, дистиллированная вода. Растворы с величиной pH более 7 щелочные.

Гидрокарбонаты

Гидрокарбонаты - необходимый организму элемент, который регулирует кислотно-щелочной баланс. Он связывает и нейтрализует повышенную кислотность, например, желудочного сока, крови, мышц, не нанося им вреда. Совместно с углекислотой гидрокарбонат образует так называемую буферную систему, которая, поддерживает рН крови.

Общая минерализация

Общая минерализация - это показатель содержания растворенных в воде веществ или общее солесодержание, поскольку вещества, растворенные в воде, находятся в виде солей (гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия). Вода поверхностных источников имеет меньший плотный осадок, чем вода подземных источников, т.е. содержит меньше растворенных солей. Предел минерализации питьевой воды (сухого остатка) 1000 мг/л был в свое время установлен по органолептическому признаку. Воды с большим содержанием солей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Допускается содержание их в воде на уровне порога ощущения: 350 мг/л для хлоридов и 500 мг/л для сульфатов. Нижним пределом минерализации, при котором гомеостаз организма поддерживается адаптивными реакциями, является сухой остаток в 100 мг/л, оптимальный уровень минерализации 200-400 мг/л. При этом минимальное содержание кальция должно быть не менее 25 мг/л, магния -10 мг/л. По общей минерализации воды делятся на следующие категории (Таблица 5):

Таблица 5. Категории вод по степени общей минерализации

Микроэлементы

Микроэлементы - это жизненно необходимая для организма группа минеральных веществ. Они нужны человеческому организму в небольших количествах, но при этом имеют очень большое значение. Микроэлементы являются важными составляющими белков, гормонов, энзимов, участвуют во множестве функций обмена веществ, активизируют иммунную систему и укрепляют иммунную защиту. К ним относится железо, кремний, цинк, марганец, медь, селен, хром, молибден.

Окисляемость воды

Окисляемость обуславливается содержанием в воде растворенных органических веществ и может служить показателем загрязненности источника сточными водами. Для колодцев особую опасность представляют сточные воды, в составе которых есть белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др.

Степень бактериологической загрязненности воды

Определяется числом бактерий, содержащихся в 1 см 3 воды и должен быть до 100. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т.д. Вода подземных артезианских источников обычно не загрязнена бактериями.

Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки. Бактериальное загрязнение измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-титр - обьем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, должен составлять менее 300. Коли-индекс - число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды, должен составлять до 3.

ПДК

Предельно допустимая концентрация примесей вредных веществ, которые при превышении норматива становятся вредными, выглядит следующим образом: норма­тивы ЕС, США и ВОЗ определяют, что его вообще не должно быть. Российский стандарт дает такие цифры: не более ста микроорганизмов на один кубический сантиметр и не более трех бактерий типа кишечных палочек в одном литре воды, что в принципе соответствует мировым стандартам.

В таблице 6 приведены значения ПДК для некоторых веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения.

Таблица 6. Значения ПДК для некоторых веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения.

Нормативы на самые ядовитые вещества в воде приведены в таблице 7 (данные взяты из книги М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006):

Таблица 7. Нормативы на самые ядовитые вещества в воде

Примечание. Если ПДК со­ставляет сотни тысяч микрограмм, то вещество не является вредным. Если ПДК составляет сотни-тысячи микрограмм, то такое вещество может оказаться опасным. Если ПДК в пределах единиц, десятых и сотых долей микро­грамма, то данное вещество почти всегда яд (бензол, винилхлорид, мышьяк, ртуть, свинец).

Нормативы на питьевую воду стран ЕС (Западной Европы) и США, рекомендации Всемир­ной организации здравоохранения и отечественные стандарты показаны в таблице 8 (по данным М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006)

Таблица 8. Стандарты на питьевую воду в России и за рубежом*

Примечание*. Данные взяты из книги М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды, близкие к бензапирену.

1. В данных ЕС сокращением нед. (неделя) помечена средняя недельная доза вещества, которая с гарантией не наносит вреда человеческому организму.
2. Значком звездочка помечены те значения ПДК в российских стандартах, которые взяты из научных статей или новых Санитарных правил и норм. Остальные величины указаны в ГОСТе .
3. Значком две звездочки помечены те значения ПДК в американских стандартах, которые называются вторичными: они не входят в национальный стандарт, но могут быть узаконены властями штата.
4. Прочерк в какой-либо позиции таблицы означает, что данных для данного соединения не существует.

В таблицах 7-8 представлены различные группы веществ: легкие и тяжелые металлы (к последним экологи относят многие металлы, например алюминий, титан, хром, железо, никель, медь, цинк, кадмий, свинец, ртуть и др.), неорганические и органические соединения. Данные обобщены и наиболее соответствуют российскому и европейскому стандартам. В нормативах США и ВОЗ органические вещества расписаны подробнее. Так, в стандарте США перечислено около тридцати видов опасной органики. Самы­ми детальными являются рекомендации ВОЗ, в которых есть следующие отдельные списки веществ:

• неор­ганические вещества (в основном тяжелые метал­лы, нитраты и нитриты);
• органические вещества (около тридцати), пестициды (более сорока);
• ве­щества, применяемые для дезинфекции воды (в основном различные соединения брома и хлора - более двадцати);
• вещества, влияющие на вкус, цвет и запах воды.

В нормативах перечислены вещества, которые не влияют отрицательно на здоровье при предельно допустимых концентрациях в воде - к ним, в частности, относятся серебро и олово. В некоторых ре­комендациях ВОЗ против некоторых веществ стоит пометка: Нет надежных данных для установле ния норматива. Это означает, что работа по их изучению на организм продолжается: известно сотни тысяч соединений, но лишь немногие из них изучены с точки зрения влияния на человеческий организм.

В российском ГОСТе нет ПДК для ряда веществ, отмеченных в зарубежных нормативах. Требова­ния к качеству питьевой воды в РФ должны соот­ветствовать нормам ГОСТа и новому СанПиНу. Существуют и другие нормативные документы, в которых приведен список более чем на 1300 вред­ных веществ и их ПДК. По большинству показате­лей российский стандарт либо соответствует зарубежным, либо устанавливает нормативы в одних случаях более жесткие, в других более мягкие. Если сравнивать ряд показателей ПДК, приведенных в россий­ском и зарубежных стандартах, например, для алюминия: ПДК на него составляет 200 мкг/л по зарубежным нормам и 500 мкг/л - по российским. Несмотря на расхождение в два с половиной раза, это величины одного порядка. По железу (200-300 мкг/л), меди (1000- 2000 мкг/л), ртути (1-2 мкг/л), свинцу (10- 30 мкг/л) - для этих веществ выполняется соответствие по ПДК, то есть различия не более чем в два-три раза. По стандарту ЕС присутствие бензапирена до­ пускается в пределе 0,01 мкг/л (или 10 нг/л), для алюминия норма 100 мкг/л (или 0,1 мг/л), а на­трий, сульфат и хлор могут присутствовать в воде в количествах 200 000-250 000 мкг/л (то есть 200-250 мг/л, или 0,2-0,25 г/л). Разница в ПДК в нормативах ЕС, США, ВОЗ и России в пять-шесть раз, а в некоторых случаях - в десять, двадцать, сто. ПДК по мышьяку в России такая же, как в США, норматив на бензапирен жестче, чем в Европе и США, и только бензол может являться причиной для сомнений в правильности показателей российского ГОСТа.

К.х.н. О.В. Мосин

Лит. источник : М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. Москва: Эксмо, 2006

Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.

Общая жесткость - это природное свойство воды, обусловленное наличием так называемых солей жесткости, т.е. всех солей кальция и магния в сырой воде (сульфатов, хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.).

Карбонатная жесткость - это жесткость, обусловленная присутствием гидрокарбонатов и карбонатов Са+ и Mg+, растворенных в сырой воде.

Устранимая, или гидрокарбонатная, жесткость - это жесткость, которую удается устранить при кипячении воды. Она обусловлена гидрокарбонатами Са+ и Mg+, которые во время кипячения воды превращаются в нерастворимые карбонаты, и выпадают в осадок:

Са(НС03)2 = СаС034- + Н2 0 + C 02 î .

Mg(HC03)2 = MgC034- + Н20 + С02Т.

Под постоянной жесткостью понимают жесткость кипяченой воды в течение 1 ч, которая обусловлена наличием хлоридов и сульфатов Са2+ и Mg2+, не выпадающих в осадок.

Сегодня общую жесткость воды выражают в единицах СИ - мг-экв/л. В прошлом пользовались градусами жесткости или "немецкими" градусами (°Н). Было принято, что 1 °Н жесткости отвечает 10 мг СаО в 1 л воды.

Вода с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л (10°) считается мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/л (10-20°) - умеренно жесткой, от 7 до 10 мг-экв/л (20-28°) - жесткой и свыше 10 мг-экв/л (28°) - очень жесткой.

Впервые норматив общей жесткости воды был предложен в 1874 г. в Германии в качестве средней величины жесткости воды водоемов Саксон-Веймарского герцогства. Этот норматив составлял 18-20°, или приблизительно 7 мг-экв/л. Такую же величину рекомендовал и Ф.Ф. Эрисман в 1898 г. Вскоре, принимая во внимание разные местные условия, для некоторых регионов были предложены другие нормативы.

Обосновывая норматив общей жесткости питьевой водопроводной воды, прежде всего необходимо учитывать ее влияние на органолептические свойства. Известно, что значительное содержание солей жесткости, особенно магния сульфата, придает воде горький вкус. Потребители ощущают этот вкус, если общая жесткость воды превышает 7 мг-экв/л. При этом они отказываются от употребления такой воды и изыскивают альтернативные источники водоснаб- жения, вода которых может оказаться небезопасной в эпидемиологическом или токсикологическом отношении.

Чтобы вода не имела горького вкуса интенсивностью выше 2 баллов, ее общая жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Иначе говоря, доброкачественная вода должна быть мягкой (с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л) или умеренно жесткой (от 3,5 до 7 мг-экв/л). То есть верхний предел общей жесткости питьевой воды - 7 мг-экв/л - установлен на основании ее влияния на орга-нолептические свойства.

Со временем было доказано, что в зависимости от жесткости вода по-разному влияет на здоровье людей. Резкий переход при пользовании от мягкой воды к жесткой, а иногда и наоборот, может вызвать у людей диспепсию, обусловленную прежде всего наличием в воде магния сульфата. В районах с жарким климатом пользование водой с высокой жесткостью приводит к ухудшению течения мочекаменной болезни. Теория об этиологической роли жесткости воды в развитии этого заболевания дала возможность урологам выделить так называемые каменные зоны - территории, на которых уролитиаз можно считать эндемическим заболеванием. Питьевая вода, которой пользуются жители этих зон, характеризуется повышенной жесткостью. Опыты на животных подтвердили, что электролиты, обусловливающие жесткость воды, могут быть одними из этиологических факторов развития уролитиаза.

Соли жесткости нарушают всасывание жиров вследствие их омыления и образования в кишечнике нерастворимых кальциево-магниевых мыл. При этом ограничивается поступление в организм человека эссенциальных веществ - полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, некоторых микроэлементов. В частности, вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л в регионах, эндемичных в отношении гипомикроэлементоза йода (организм человека нуждается как минимум в 120 мкг йода в сутки, оптимально -200 мкг), повышает риск заболевания эндемическим зобом.

Вода с высокой жесткостью способствует развитию дерматита. Механизм этого явления состоит в омылении солями жесткости жиров с образованием нерастворимых в воде кальциево-магниевых мыл, обладающих раздражающим действием.

К тому же надо учитывать, что с повышением жесткости воды усложняется кулинарная обработка пищевых продуктов, а именно: хуже развариваются мясо и бобовые, плохо заваривается чай, образуется накипь на стенках посуды. Кроме того, повышаются расходы мыла, волосы после мытья становятся жесткими, кожа грубеет, ткани желтеют, теряют мягкость, упругость из-за импрегнации кальциево-магниевых мыл.

Однако и очень мягкая вода может отрицательно влиять на организм вследствие уменьшения поступления прежде всего кальция. Известно, что кальций выполняет в организме множество функций, в том числе пластическую: он крайне необходим для остеогенеза и репарации костей (в костях содержится 99% кальция), принимает участие в образовании дентина. Кальций необходим для поддержания нервно-мышечного возбуждения, участвует в процессах свертывания крови, влияет на проницаемость биологических мембран. Суточная потребность взрослого человека в кальции колеблется от 800 до 1100 мг (от 1000 мг/сут в возрасте до 7 лет и почти 1400 мг - в возрасте 14-18 лет). Во время беременности потребность в нем повышается до 1500 мг/сут, во время грудного вскармливания - до 1800-2000 мг/сут.

Потребность человека в кальции удовлетворяется главным образом за счет молока и молочных продуктов. С водой средней жесткости (3,5-7 мг-экв/л, или 10-20°) кальций поступает в организм в количестве, равном приблизительно 15-25% физиологической суточной потребности. Дефицит кальция в организме развивается очень быстро, поскольку выведение его является постоянным и не зависит от поступления. Поэтому длительное пользование мягкой водой, обедненной кальцием, может привести к дефициту его в организме. Установлено, что у детей, которые проживают в районах с мягкой водой (до 3,5 мг-экв/л), на зубной эмали образуются лиловые пятна, которые являются следствием декальцинации дентина. Считают, что уровская болезнь (болезнь Кашина - Бека), которая является эндемическим полигипермикроэлементо-зом стронция, железа, марганца, цинка, фтора, возникает в местностях с низким содержанием кальция в питьевой воде.

В последние годы сформировалась теория, согласно которой вода с низким содержанием электролитов, обусловливающих жесткость, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. По результатам эпидемиологических исследований была выявлена статистически значимая, хотя и не очень сильная, обратная корреляционная связь между степенью жесткости питьевой воды и уровнем смертности населения от сердечно-сосудистых заболеваний. Однако многокомпонентность водного фактора не дает оснований считать, что смертность вследствие сердечно-сосудистых заболеваний повысилась лишь за счет меньшей жесткости питьевой воды, и окончательно признать наличие корреляционной зависимости. Существенно, что в исследованиях были недостаточно учтены социально-гигиенические факторы, которые, безусловно, являются ведущими в развитии сердечно-сосудистой патологии. Результаты ряда исследований также свидетельствуют о том, что каждый элемент, содержащийся в питьевой воде, проявляет физиологическое действие не сам по себе, а в сочетании с другими. Изучение особенностей сочетанного действия компонентов питьевой воды, физиологических и патофизиологических механизмов ее проявления - новая страница в изучении гигиены воды.

Таким образом, оптимальной является вода средней жесткости, т.е. в пределах 3,5-7 мг-экв/л (10-20°). Жесткая (7-10 мг-экв/л) и очень жесткая (свыше 10 мг-экв/л) вода неприятна на вкус, ее употребление приводит к негативным изменениям в состоянии здоровья. Поэтому доброкачественная питьевая вода должна иметь жесткость, не превышающую 7 мг-экв/л.

Хлориды и сульфаты. Хлориды и сульфаты распространены в природе в виде солей натрия, калия, кальция, магния и других металлов. Они составляют большую часть сухого остатка пресных вод. Наличие хлоридов и сульфатов в воде водоемов может быть обусловлено природными процессами вымывания их из почвы, а также загрязнением водоема различными сточными водами.

Природное содержание хлоридов и сульфатов в воде поверхностных водоемов незначительно и в большинстве случаев колеблется в пределах нескольких десятков миллиграммов на литр. Природное содержание хлоридов в воде в зависимости от условий формирования водоема может быть разным: от десятков до сотен (в условиях солончаковых почв) миллиграммов на литр. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико - до 20-30 мг/л. Незагрязненные грунтовые воды в местностях с не солончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлоридов. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву или осадочные породы, может содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов в 1 л, хотя вода может быть безукоризненной в эпидемиологическом отношении. Поэтому, используя хлориды как показатель эпидемиологической безопасности, необходимо учитывать местные условия формирования качества воды.

Жесткость воды определяется концентрацией ионов щелочноземельных металлов. К ним относятся преимущественно хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты и т. д. По жесткости вода дополнительно подразделяется на:

• мягкую (до 7 °dH),
• средней жесткости (до 14 °dH),
• жесткую (до 21 °dH) и очень жесткую (> 21 °dH).

Чем выше степень жесткости, тем больше ионов содержится в воде . В настоящее время обозначение °dH (“градус немецкой жесткости”) вышло из употребления и применяется ммоль/л.

Единицы измерения

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица системы СИ для измерения концентрации - моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л).

В России для измерения жёсткости чаще используется нормальная концентрация ионов кальция и магния , выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность). Числовое значение жесткости, выраженное в молях на кубический метр равно числовому значению жесткости, выраженному в миллиграмм эквивалентах на литр (или кубический дециметр), т.е.: 1моль/м3=1ммоль/л=1мг-экв/л=1мг-экв/дм3.

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар , что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы - градусы жёсткости.

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими.

23.01.2017

2880

Жесткая вода чаще всего ассоциируется с накипью на дне чайника или ощущением мыла на руках после мытья рук, некоторые испытывают ощущение «жестких волос». По этому критерию люди обычно оценивают качество воды. В этой статье мы рассмотрим жесткость со стороны физики и химии, изучим ее свойства, разновидности, влияние на здоровье человека и способы ее устранения жесткости воды .

Соли жесткости

Эффект жесткой воды

Это концентрация растворённых в ней солей магния (Mg) и кальция (Ca): гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов. Проще говоря, жесткой называется вода, содержащая в себе большое количество солей . Почему воду назвали «жесткой»? Женщины в старину стирали вещи на берегу рек и озер, в воде которых содержат кальций, отчего ткань становилась жесткой на ощупь.

Жесткость воды делится на 3 вида:

• Карбонатная , т.е. временная. Она ликвидируется с помощью обычного кипячения воды и обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2.
• Некарбонатная , т.е. постоянная. Возникает из-за присутствия других солей, например CaSO4, Ca(Cl)2, MgSO4, Mg(Cl)2. При кипячении воды не устраняется.
• Общая . Представляет собой суммарную концентрацию ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткости.

Единицы измерения жесткости:

Не существует единой единицы измерения жесткости. В России, в соответствии с Госстандартом, в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). В Германии - 2.8DH°; во Франции - 5F°; в Америке - 50.05 ppm CaCO3.

Классификация воды по жесткости:

Согласно требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7 мг-экв/л.

Влияние на здоровье человека:

Как же влияет жесткая вода на наш организм? Медики связывают появление мочекаменной болезни именно с этой особенностью воды. Но на данный момент официального подтверждения этой гипотезе нет. Но мы знаем, что слишком жесткая вода неблагоприятно влияет на органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус. Также жесткая вода сушит нашу кожу и волосы. Однако, полностью переходить на мягкую воду не рекомендуется. Наш организм нуждается в солях кальция и магния для укрепления сердечно-сосудистой системы. А вот комнатные растения лучше поливать мягкой или талой водой.

Способы борьбы с жесткой водой:

Для смягчения жесткости воды специалисты рекомендуют приобрести умягчители, которые являются самыми эффективными в борьбе с солями жидкости. Также существует несколько способов смягчения воды в домашних условиях, самым простым и привычным из которых является кипячение воды.

Для борьбы с постоянной жёсткостью воды используют такой метод, как вымораживание льда. Необходимо просто постепенно замораживать воду. Когда примерно 90% жидкости превратится в лед, нужно разморозить его обратно, а соли останутся в оставшейся незамороженной жидкости.

При выборе степени жесткости воды лучше придерживаться середины. Самым оптимальным является использование воды средней жесткости для приготовления пищи и мягкой воды для гигиенических процедур. А чтобы ваша бытовая техника не страдала от повышенной жесткости, лучше приобрести умягчитель.

Заказать анализ воды на жесткость вы можете на нашем сайте . Каждый из представленных на сайте анализов содержит исследование воды на жесткость .

О других загрязнителях воды, таких как , и , вы также можете узнать подробнее в нашем блоге.

О том, что водопроводная вода слишком жесткая, приходиться слышать постоянно. Чем же измеряется «твердость» жидкости? И как рассчитывается жесткость воды.

На фото: "пострадавший" от солей жесткости нагревательный элемент

Если свести к минимуму научные рассуждения о совокупности свойств жидкости, то жесткостью воды можно считать суммарное количество растворенных солей щелочноземельных металлов (преимущественно кальция и магния). С химической точки зрения все двухвалентные катионы в той или иной степени способны связываться с анионами, образуя соли, способные выпадать в осадок. Однако на практике количество растворенного в воде стронция, бария и марганца сведено к минимуму, а алюминий и железо переходят в солевые комплексы только при определенном уровне кислотности среды (рН меньше 7), который в природе практически не встречается. Мы уже писали про то, как определить жесткость в домашних условиях .

Таблица 1. Катионы и анионы, обуславливающие жесткость

Формула жесткости воды

Карбонатная жесткость – количественное содержание в воде гидрокарбонатов и карбонатов магния и кальция (MgHCO3, CaHCO3). Данный тип загрязнителей легко устраняется при кипячении с образование угольной кислоты и осадка:

Ca 2+ + 2HCO 3 - (при нагревании)= CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Некарбонатная (постоянная) жесткость обусловлена присутствием магниевых и кальциевых соединений сильных кислот (азотной, соляной, серной). При кипячении соли такого типа не распадаются.

Формула для расчета общей жесткости воды: H общ =Н карб +Н некарб

Единицы измерения

Единицы измерения в России – градусы (°Ж), может быть выражена в объемной или массовой доле. 1 градус жесткости численно равен 0,5 мольной концентрации щелочноземельного элемента, выраженной в мг/куб. дм. (1°Ж=1 мг-экв/л.)

Единицы измерения в системе СИ – моль/куб.метр. Однако на практике чаще всего используют мг-экв./л. Концентрация, отнесенная к единице массы, оправдывает себя в тех случаях, когда необходим анализ воды в ином агрегатном состоянии (с измененной плотностью).

Для тех, кому химия на уроках давалась нелегко, следует повторить:

Один мг-экв/л соответствует 20,04 миллиграммам ионов Ca 2+ или 12,16 миллиграммам ионов Mg 2+ (отношение атомной массы и валентности элемента).

Нормы жесткости

По величине жесткости воду можно разделить на три категории:

Мягкая (до 2 °Ж),

Средней жесткости (2-10 °Ж),

Очень жесткая (более 10 °Ж).

Нормы жесткости в России не позволяют превышать 7 мг-экв/л. Согласно стандартам Евросоюза, ПДК общей жесткости воды не может быть больше 1,2 мг-экв/л. Путем несложных расчетов можно сделать вывод о том, что в Европе вода почти в 6 раз мягче, чем в России.

Таким образом, численно подтвержденная необходимость установки систем очистки в России уже не вызывает сомнений. Кроме того, согласно принятым во всем мире нормативам, употребляемая нашими соотечественниками вода, нуждается в многоступенчатом умягчении и глубокой фильтрации.

Теперь разберемся, как устранить чрезмерное содержание солей в воде:

Используемая литература:

1. ГОСТ 2874-82
2. ГОСТ Р 52029-2003 | НАЦИОНАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ
3. Химическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 145.