3.3. Жесткость природных вод

Одной из важных характеристик природных вод, во многом опреде­ляющих возможности их использования человеком, является жесткость воды. Жесткостью воды называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция и магния. Единицей жесткости воды в нашей стране является моль (жесткости) на кубический метр – моль/м³ (обычно дополнение «жесткости» после слова «моль» опускается). Числовое значение жесткости, выражен­ное в моль/м³, равно числовому значению жесткости, выраженному в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв./л); 1 мг-экв./л соот­ветствует содержанию в воде 20,04 мг/л ионов Са²⁺ или 12,16 мг/л ионов Mg²⁺. Величину жесткости можно определить по уравнению:

Ж = [Са²⁺]/(М_Са²⁺f_Са²⁺) + [Mg²⁺]/(M_Mg²⁺f_Mg²⁺);

Ж = , (19)

где Ж — жесткость воды, моль/л;

[Са²⁺] и [Mg²⁺] – концентрации ионов кальция и магния, мг/л;

fс_а²+ и f_Mg²⁺ – факторы эквивалентности ионов кальция и магния (fс_а²+ = f_мg²⁺ = 1/2);

М_Сa²⁺ и M_Mg²⁺ – молярные массы ионов кальция и магния

(М_Сa²⁺ = 40,08 г/моль и M_Mg²⁺ = 24,32 г/моль).

Определяемую по уравнению (19) жесткость принято называть общей жесткостью воды, поскольку в воде различают карбонатную, некарбонатную, устраняемую и неустраняемую жесткость воды.

Таблица 4. Классификация природных вод по величине жесткости

Жесткость, моль/м3	Группа воды
< 1,5	Очень мягкая
1,5-3,0	Мягкая
3,0-5,4	Средней жесткости
5,4-10,7	Жесткая
> 10,7	Очень жесткая

Под карбонатной жесткостью понимается количество ионов кальция и магния, связанных с карбонат- и гидрокарбонат-ионами. Поэтому численное значение карбонатной жесткости равно сумме концентраций карбонат- и гидрокарбонат-ионов, выраженных в мг-экв./л. Если эта величина оказывается больше значения общей жесткости т.е. карбонат- и гидрокарбонат-ионы связаны с другими катионами значение карбонатной жесткости принимается рав­ным значению общей жесткости воды.

Heкарбонатная жесткость воды определяется как разность значений солей и карбонатной жесткости.

Устраненная жесткость воды представляет собой часть карбонатной жесткости, которая удаляется при кипячении воды. Устраняемую жесткость определяют экспериментально.

Неустраняемая жесткость волы определяется как разность значений сохой и устраняемой жесткости.

По величине общей жесткости природные воды принято делить на ряд групп (таблица 4).

Среди природных вод наиболее мягкими являются дождевые воды, жесткость которых составляет примерно 70-100 ммоль/м³. Жесткость подземных вод меняется в широких пределах – от 0,7 моль/м (грунтовые воды Карелии) до 18-20 моль/м³ (грунто­вые воды Донбасса) – и зависит от состава контактирующих с ними горных пород. В речных водах жесткость помимо состава горных пород, контактирующих с питающими данную реку водами, зависит от климатических факторов и испытывает сезонные колебания. Наименьшее значение жесткости речной воды наблюдается в пери­од паводка.

За рубежом для выражения значений жесткости воды используются различные единицы измерения. Так, например, немецкий градус жесткости соответствует содержанию в воде 10 мг СаО/л. Один французский градус жесткости соответствует содержанию в воде 10 мг СаСОз/л. Один американский градус жесткости соот­ветствует содержанию в воде 1 мг СаСОз/л. Между этими едини­цами измерения жесткости можно записать соотношения:

1 моль/м³ = 2,804 немецких градусов жесткости;

1 моль/м³ = 5,005 французских градусов жесткости;

1 моль/м³ = 50,050 американских градусов жесткости.