Вопрос 50.Жесткость воды

ЕСТКОСТЬ ВОДЫ, совокупность св-в воды, обусловленная наличием в ней преим. катионов Са2+ (кальциевая жесткость воды) и Mg2+ (магниевая жесткость воды). Один из возможных их источников - горные породы (известняки, доломиты), к-рые растворяются в результате контакта с прир. водой. Сумма концентраций Са2+ и Mg2+ наз. общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной, устраняется кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg [при кипячении разлагаются на СаСО3 и Mg(OH)2 с выделением СО2], вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. В СССР жесткость воды выражают в ммоль экв/л: карбонатная жесткость отвечает той части катионов Са2+ и Mg2+, к-рая эквивалентна содержащимся в воде анионам НСО3-, некарбонатная - анионам SO42-, NO3- и др. (1 ммоль экв/л соответствует 20,04 мг/л катионов Са2+ или 12,16 мг/л катионов Mg2+). В др. странах для выражения Ж в. часто используют т. наз. градусы жесткости. Напр., Г жесткости немецкий, соответствующий 0,01 г СаО в 1 л воды, равен 0,357 ммоль экв/л. Жесткость воды обычно определяют титрованием р-ром дигидрата динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной к-ты (комплексон III, трилон Б) в щелочной среде. При титровании с использованием комплексонометрич. индикаторов находят: в присут. эриохрома черного Т (хромогеновый черный ЕТ) -общую жесткость воды (Жоб), в присут. мурексида (пурпурат аммония) - кальциевую жесткость воды (ЖСа ). Магниевую жесткость воды определяют из выражения: ЖMg = Жоб - ЖCa. Если содержание катионов Са2+ и Mg2+ в воде было найдено др. методами, общую жесткость воды можно вычислить по ф-ле:

Жесткость воды колеблется в широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль экв/л в реках и озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80-100 ммоль экв/л и более в подземных водах, морях и океанах. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л). В поверхностных водоисточниках, где преобладает, как правило, карбонатная жесткость (70-80% от общей), а магниевая жесткость обычно не превышает 30%, реже 60% от общей, наиб. значения жесткость воды достигает в конце зимы, наименьшего - в период паводка. Так, в Волге (г. Горький) макс. жесткость воды бывает в марте (4,3 ммоль экв/л), минимальная - в мае (0,5 ммоль экв/л). В подземных водах жесткость воды более постоянна и меньше изменяется в течение года. Повыш. жесткость воды способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопит. приборах и бытовой метал-лич. посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большому перерасходу топлива и перегреву металлич. пов-стей. Жесткость воды увеличивает расход мыла при стирке, поскольку часть его образует с катионами Са2+ нерастворимый осадок. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, и тканей, при отделке к-рых она применяется, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных к-т мыла. В воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, т. к. катионы Са2+ образуют с белками пищ. продуктов нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький привкус, поэтому содержание катионов Mg2+ в питьевой воде не должно превышать 100 мг/л. Общая жесткость питьевой воды во избежание ухудшения ее органолептич. св-в должна быть не более 7 ммоль экв/л; по согласованию с органами санитарно-эпидемиологич. службы иногда допускается увеличение общей жесткости воды до 10 ммоль экв/л. Для устранения или уменьшения жесткости воды применяют спец. методы. Напр., из реагентных методов наиб. распространен известково-содовый, к-рый позволяет устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды. С помощью ионообменных методов умягчают воду с преобладающей некарбонатной жесткостью воды (Na+-катионирование) или карбонатной (Н+-катионирование); комбинированием этих методов получают глубоко умягченную воду. См. также Антинакипины, Вода, Водоподготовка.

Виды жесткости.

Различают следующие виды жесткости.

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

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.

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

Влияние жесткости на качество воды.

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.