5.1.3. Жесткость воды, ее определение и устранение
В природе вода, прежде чем попасть в колодец или водопроводную сеть, просачивается сквозь почву и насыщается в ней растворимыми и малорастворимыми солями-минералами. Природные воды содержат сульфаты и гидрокарбонаты металлов, главным образом кальция (Ca2+) и магния (Mg2+). Кроме указанных, к солям жесткости относят также соли стронция (Sr2+), цинка (Zn2+) и др. В поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в заметных концентрациях присутствуют практически исключительно кальций и магний. Величина жесткости воды может варьироваться в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, атакже отсезона года, погодныхусловий.
Суммарная жесткость воды, т.е. общее содержание растворимых солей кальция имагния, получила название «общейжесткости».
Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрация солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной (молярной) концентрации (см. п. 3.11) – количеством моль/л или ммоль/л. При жесткости до 4 ммоль/л вода считается мягкой; от 4 до 8 ммоль/л – средней жесткости; от 8 до 12 ммоль/л – жесткой; более 12 ммоль/л – очень жесткой (встречается и другая классификация воды по степеням жесткости).
Допустимая величина общей жесткости для питьевой воды и источников централизованного водоснабжения составляет не более 7 ммоль/л (в отдельных случаях – до 10 ммоль/л).
|
Для хозяйственно-бытовых нужд требуется мягкая вода или |
|
|
вода с очень незначительной жесткостью, т.к. при кипячении же- |
|
практикум |
сткой воды образуется накипь, в ней плохо развариваются продук- |
|
ты. К тому же жесткая вода вызывает образование камней в поч- |
||
|
||
|
ках, печени, желчном пузыре, нарушает кальциевый баланс в ор- |
|
|
ганизме, что приводит к заболеваниям костей, крови. При стирке |
|
Экологический |
тканей в жесткой воде образуются нерастворимые соединения |
|
(стеараты кальция), которые осаждаются на поверхности нитей и |
||
|
||
|
постепенно разрушают волокна. |
|
|
Жесткость воды – одно из важнейших свойств, имеющее |
|
|
большое значение при водопользовании. Если в воде находятся |
|
|
ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных |
76
кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах при использовании воды в тепловых сетях, приводя к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты. Например, при питании паровых котлов жесткой водой образуется накипь, которая затрудняет нагревание воды, вызывает увеличение расхода топлива, ускоряет изнашивание стенок котла.
Общая жесткость воды в озерах и реках тундры, например, составляет 0,1–0,2 ммоль/л, а в морях, океанах, подземных водах достигает 80–100 ммоль/л и даже больше (Мертвое море). В табл. 11 приведены значения общей жесткости воды некоторых рек и водоемов России.
|
|
|
Таблица 11 |
Значения общей жесткости воды некоторых рек |
|||
|
и водоемов России |
||
Название |
Сухой остаток, мг/л |
|
Общая жесткость, ммоль/л |
|
Море, озеро |
|
|
Каспийское море |
13500 |
|
74 |
Черное море |
16000 |
|
46 |
Балтийское море |
7500 |
|
13,9 |
Белое море |
1800 |
|
7 |
Оз. Балхаш |
8,8 |
|
8,8 |
Оз. Байкал |
220 |
|
2,6 |
Оз. Ладожское |
73 |
|
0,6 |
|
Река |
|
|
Дон |
476 |
|
7 |
Волга |
453 |
|
5,4 |
Москва |
345 |
|
14,6 |
Иртыш |
250 |
|
2,5 |
Ангара |
132 |
|
2 |
Нева |
80 |
|
0,7 |
Днепр |
300 |
|
5,7 |
Из всех солей, относящихся к солям жесткости, выделяют гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Содержание других растворимых солей кальция и магния в природных водах обычно очень незначительно.
Жесткость, обусловленная хлоридами или сульфатами, называется постоянной, т.к. эти соли устойчивы при кипячении воды.
Экологический практикум
77
Различают:
•временную, или карбонатную, жесткость, обусловленную присутствием в воде гидрокарбонатов. Она устраняется кипячением;
•постоянную, или некарбонатную, жесткость, обусловлен-
ную присутствием в воде всех прочих солей магния и кальция. Она устраняется добавлением соды, фосфатов натрия и др. химикатов.
Гидрокарбонаты при кипячении воды (точнее, при температуре более 60°С) разлагаются с образованием малорастворимых карбонатов:
Са(НСО3)2=СаСО3↓+Н2О+СO2
Вприродных условиях приведенная выше реакция обратима, однако при выходе на поверхность подземных (грунтовых) вод, обладающих значительной временной жесткостью, равновесие сдвигается
всторону образования СО2, который удаляется в атмосферу. Этот процесс приводит к разложению гидрокарбонатов и выпадению в
осадок CaCO3 и MgCO3. Таким путем образуются разновидности карбонатных пород, называемые известковыми туфами.
Вприсутствии растворенного в воде углекислого газа протекает и обратная реакция. Так происходит растворение, или вымывание, карбонатных пород в природных условиях, что является причиной карстовых явлений.
Экологический практикум
78