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

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).

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 = ppm_w = 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

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.