1 Градус жесткости равен

Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых солей жёсткости).

Содержание

Жесткая и мягкая вода [ править | править код ]

Вода с большим содержанием солей называется жёсткой, с малым содержанием — мягкой. Термин «жёсткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей после их стирки с использованием мыла на основе жирных кислот — ткань, постиранная в жёсткой воде, более жёсткая на ощупь. Этот феномен объясняется, с одной стороны, сорбцией тканью кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки на макроуровне. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне. Различают временную (карбонатную) жёсткость, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2, и постоянную (некарбонатную) жёсткость, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, однако есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. [ источник не указан 394 дня ] Вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жёсткости.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения [ править | править код ]

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась 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 Ca 2+ или 12,16 миллиграмм Mg 2+ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2014 года в России введён межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жёсткости» [1] . По новому ГОСТу жёсткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

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.

Градус Обозначение Определение Величина
°Ж ммоль/л
Немецкий °dH (deutsche Härte),

°dGH (degrees of general hardness),

°dKH (для карбонатной жёсткости)

1 часть оксида кальция (СаО) или 0,719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды 0,3566 0,1783 Английский °e 1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды 0,2848 0,1424 Французский °TH 1 часть CaCO3 на 100 000 частей воды 0,1998 0,0999 Американский ppm 1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды 0,0200 0,0100

Читайте также:  Кувыркающийся голубь

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж [2] ). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 8-10, реже до 15-20 °Ж) и меньше изменяется в течение года.

Методы устранения [ править | править код ]

  • Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

C a ( H C O 3 ) 2 → o t C a C O 3 ↓ + C O 2 + H 2 O <displaystyle <mathsf <3>)_<2><xrightarrow[<>]<^t>>CaCO_<3>downarrow +CO_<2>+H_<2>O>>>

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

  • Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

C a ( H C O 3 ) 2 + C a ( O H ) 2 → 2 C a C O 3 ↓ + 2 H 2 O <displaystyle <mathsf

<3>)_<2>+Ca(OH)_<2>
ightarrow 2CaCO_<3>downarrow +2H_<2>O>>>

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3 C a ( H C O 3 ) 2 + 2 N a 3 P O 4 → C a 3 ( P O 4 ) 2 + 6 N a H C O 3 <displaystyle <mathsf <3Ca(HCO_<3>)_<2>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Ca_<3>(PO_<4>)_<2>+6NaHCO_<3>>>> 3 M g S O 4 + 2 N a 3 P O 4 → M g 3 ( P O 4 ) 2 ↓ + 3 N a 2 S O 4 <displaystyle <mathsf <3MgSO_<4>+2Na_<3>PO_<4>
ightarrow Mg_<3>(PO_<4>)_<2>downarrow +3Na_<2>SO_<4>>>>

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

  • Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.

В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

  • Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров). В качестве недостатков данного метода следует отметить:

  • необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
  • относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
  • низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
  • Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

Клиническое значение [ править | править код ]

Постоянное употребление жесткой воды может вызвать нарушение минерального баланса организма (например, моче- или почечнокаменную болезнь) [ источник не указан 1828 дней ] .
Использование жесткой воды для питания и купания новорожденных увеличивает риск атопического дерматита и/или экземы у детей. Средний возраст первых симптомов — 3 мес. Причем появление экземы запускает механизм развития аутоаллергии по цепочке «атопический марш»: от экземы к пищевой аллергии и астме. [3]

Жесткость воды. Мягкая вода. Жесткая вода. Перевод единиц (градусов) жесткости воды. Нормы жесткости воды. Таблицы значений жесткости воды.

  • жёсткой называется вода с большим содержанием солей ,
  • мягкой с малым содержанием

"Жёсткая" вода — исторически: ткань, постиранная с использованием мыла на основе жирных кислот в жёсткой воде — более жёсткая на ощупь. Этот факт объясняется, с одной стороны, отложением на ткани кальциевых и магниевых солей жирных кислот, образующихся в процессе стирки. С другой стороны, волокна ткани обладают ионообменными свойствами, и, как следствие, свойством сорбировать многовалентные катионы — на молекулярном уровне.

  • временная (карбонатная) жёсткость, — обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО3)2; Mg(НСО3)2,
  • постоянная (некарбонатная) жёсткость — вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2).
Читайте также:  Болотная черепаха картинки

С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.

Нормы жесткости воды — в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:

Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:

Жесткость воды в некоторых городах мира — данные МВК — неизвестной достоверности 🙂

Жесткость, °Ж Кальций, мг/л Магний, мг/л
Москва 2,0-5,5 46 11
Париж 5,0-6,0 90 6
Берлин 5,0-8,8 121 12
Нью-Йорк 0,3-0,4 6 1
Сидней 0,2-1,3 15 4

Нормативные требования и рекомендации

  • Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
  • кальций – 20-80 мг/л; магний – 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
  • Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
    • кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
    • Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):
      • кальций – 25-130 мг/л; магний – 5-65 мг/л; жесткость – 1,5-7°Ж.
      • По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана
      • Перевод единиц и градусов жесткости воды — в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:

        Перевод единиц жесткости воды в пересчете по кальцию. Вполне можно пользоваться вне зависимости от реального состава жесткости.

        °Ж
        = 1 мг-экв/л
        mmol/L ppm, mg/L dGH, °dH gpg °e, °Clark °fH
        1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это: 1 0,5 50,05 2,804 2,924 3,511 5,005
        1 ммоль/л = mmol/L это: 2 1 100.1 5.608 5.847 7.022 10.01
        1 американский° ppmw = mg/L = American degre: 0,01998 0.009991 1 0.05603 0.05842 0.07016 0.1
        1 немецкий° dGH, °dH это: 0,3566 0.1783 17.85 1 1.043 1.252 1.785
        1 американская популярная ед.
        gpg это:
        0,342 0.171 17.12 0.9591 1 1.201 1.712
        1 английский °e, °Clark это: 0,2848 0.1424 14.25 0.7986 0.8327 1 1.425
        1 французский °fH это: 0,1998 0.09991 10 0.5603 0.5842 0.7016 1
        Пример: 1 °Ж = 50,05 ppm
        • американские градусы жесткости воды, внимание тут два пункта:
        • gpg = Grains per Gallon: 1 гран (0.0648 г) CaCO3 в 1 американском галлоне (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО3 — это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
        • американский градус = ppmw = mg/L = American degre: 1 часть CaCO3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO3
      • английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 гран (0.0648 г) в 1 английском галлоне (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO3
      • французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO3
      • немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = "немецкая жесткость" может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция – СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния – MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO
      • русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO3 or 20.04 мг/л Ca2+
      • ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO3 or 40.08 мг/л Ca2+
      • Методы устранения жесткости воды

        • Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
        • Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O.
        • Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.
        • Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:
        • Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
        Читайте также:  Tetra balanceballs proline
      • Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
        • 3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3
        • 3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
        • Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.
          • Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование.
          • При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.
          • В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.
          • Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.
          • Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).
          • В качестве недостатков данного метода следует отметить:
          • — необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
          • — относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
          • — низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
          • Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

          Water. Unit of hardness

          МКС 13.060
          ТН ВЭД 220100000
          220110000

          Дата введения 2014-01-01

          Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены".

          Сведения о стандарте

          1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Протектор" совместно с Закрытым акционерным обществом "Центр исследования и контроля воды"

          2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

          3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 24 октября 2012 года N 52)

          За принятие стандарта проголосовали:

          Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

          Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

          Минэкономики Республики Армения

          Госстандарт Республики Беларусь

          4 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 52029-2003

          5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2012 года N 1484-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2014 года

          6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

          Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

          1 Область применения

          1 Область применения

          Настоящий стандарт распространяется на природные (подземные и поверхностные) воды, включая источники питьевого водоснабжения, а также питьевую воду, в том числе расфасованную в емкости, и устанавливает единицу жесткости воды.

          2 Общие положения

          2.3 Жесткость воды , °Ж, при раздельном количественном определении ионов щелочноземельных элементов вычисляют по формуле:

          где — концентрация щелочноземельного элемента в пробе воды, мг/дм (г/м );

          — концентрация щелочноземельного элемента, численно равная его моля, выраженная в мг/дм (г/м ).

          3* Соотношения национальных единиц жесткости воды, принятых в других странах, приведены в таблице А.1 приложения А.
          ________________
          * Нумерация соответствует оригиналу. Примечание изготовителя базы данных.

          Добавить комментарий

          Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *