Как можно эффективно снизить жесткость воды и удалить из нее соли опасных минералов? Это можно сделать правильно и без особых затруднений, используя современные специализированные методы, которые обеспечивают высокую степень очистки.
Как снизить жесткость воды? Как смягчить воду с временной жесткостью.
Добавление бикарбоната натрия (NaHCO3) приводит к образованию бикарбоната кальция в растворе: 2 NaHCO3 + CaCl2 = Ca(HCO3)2 + 2NaCl, что делает жесткость воды временной – её можно удалить с помощью кипячения. Это позволяет использовать более простые методы очистки.
На планете нет более важного вещества для человеческого организма, чем свежая пресная вода. Без нее жизнь невозможна. Этот ресурс необходим не только человеку, но и промышленности, повседневной жизни и сельскому хозяйству. Здоровье человека напрямую зависит от состава потребляемой питьевой воды. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 92% всех заболеваний у человека связаны с использованием некачественной воды для питья и бытовых нужд. Качество воды характеризуется рядом различных параметров, среди которых временная и постоянная жесткость являются ключевыми. Жесткость воды может негативно сказаться на здоровье: она способствует образованию камней в почках, вызывает высушивание кожи, появление зуда и шелушений. Также это замедляет процесс приготовления мясных продуктов, ухудшая их вкусовые качества. Кроме того, бытовая техника и системы водонагрева тоже страдают от избыточного содержания солей, поскольку они образуются во время приготовления пищи, а моющие средства не могут эффективно работать из-за образования несмываемых отложений.
Что такое карбонатная и некарбонатная жесткость в воде?
Жесткость воды — это один из важнейших показателей качества воды, отражающий концентрацию в нём ионов щелочных карбонатных металлов, таких как Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺ и Fe²⁺. Вода, как правило, содержит значительно больше ионов магния и кальция, чем других ионов, поэтому общая жесткость воды определяется суммой ионов Ca²⁺ и Mg²⁺. Она подразделяется на карбонатную и некарбонатную жесткость. Карбонатная жесткость обусловлена насыщенностью водного раствора гидрокарбонатами кальция и магния, тогда как некарбонатная жесткость связана с наличием хлоридов, нитратов, сульфатов, фосфатов и силикатов тех же металлов.
Прежде чем вода попадет в кран или колодец, она проходит длительный путь через подземные водоносные горизонты, образованные различными породами, богатые кальцием и магнием, такими как известняк и доломит. Минералы взаимодействуют с газами, содержащимися в воде, и обогащают ее раствор щелочноземельными солями. Кроме того, ветровая эрозия горных пород и биохимические реакции в почвах также способствуют насыщению природных вод различными элементами, влияющими на жесткость. Чем глубже источник воды, тем выше общая, временная и постоянная жесткость. Жесткость также меняется в зависимости от времени года: зимой она обычно высокая, а при таянии льда может снижаться до минимальных уровней.
Что такое жесткость воды?
Жесткость воды из скважины, водопровода или иного источника относится к показателю, который характеризует содержание так называемых солей жесткости — солей магния и кальция. Эти положительно заряженные ионы (катионы) часто выпадают в осадок, что приводит к образованию известкового налета или накипи.
Кроме солей магния и кальция, в воде могут содержаться и другие соединения, такие как сульфаты (соли серной кислоты), карбонаты (соли угольной кислоты), а также катионы железа, стронция и марганца, а также различные минеральные взвеси. Как эти вещества попадают в воду? Если источник воды — это скважина, примеси проникают в водоносный слой из окружающих пород, таких как гипс, известняк и доломит. Частицы этих пород со временем вымываются и растворяются в воде. При бурении слои почвы и пород частично разрушаются, что увеличивает содержание минералов и других примесей в воде.
Водопроводная вода также может содержать различные примеси, которые зависят от источника. Жидкость может быть получена либо из ближайшего водоема, либо из глубинных скважин. В любом случае, природная вода всегда содержит частицы горных пород, которые в большей степени определяют её состав.
Полезная информация! Поверхностные воды обычно менее жесткие, чем глубинные. Также жесткость жидкости может изменяться в зависимости от сезона. Например, весеннее таяние снега может повлиять на содержание солей магния и кальция в воде.
Существует несколько единиц измерения жесткости воды, включая моль/м³ (моль на кубический метр), dH (немецкие градусы), мг-экв/л (миллиграмм-эквивалент на один литр), ppm (миллионные доли), и °ж (градусы жесткости). Наиболее распространенные единицы — это мг-экв/л и моль/м³.
Виды жесткости воды
Существует несколько видов жесткости воды, которые классифицируются по содержанию различных примесей и конкретному составу. Среди них выделяют три основных типа:
- Общая жесткость. Она характеризует содержание ионов магния и кальция в воде.
- Карбонатная жесткость. Определяет содержание карбонатов и гидрокарбонатов в воде при кислотности (pH), превышающем 8.3. Такой вид жесткости легко нормализуется при домашних условиях с помощью обычного кипячения. При нагревании, соединения распадаются, образуя осадок и угольную кислоту.
- Некарбонатная жесткость. Характеризует наличие в воде технических примесей, так называемых сильных кислот, которые необратимо реагируют с водой, полностью растворяясь в ней. Устранить такую жесткость с помощью кипячения невозможно.
Согласно более распространенной классификации, жесткость воды бывает:
- Временной. Это наличие гидрокарбонатов. Эти соединения распадаются при повышении температуры, образуя нерастворимый осадок, который мы можем заметить на сантехнике. Временная жесткость является наиболее распространенной. Для её устранения можно использовать обычное кипячение, а образованный осадок удалить механическими фильтрами.
- Постоянной. Этот вид включает растворенные в воде сульфаты, фосфаты, хлориды, нитраты и силикаты. Эти химические вещества, в отличие от временной жесткости, не распадаются при нагревании, даже при температурах, достигающих 100 градусов. Устранить постоянную жесткость можно только с помощью специализированных умягчающих фильтров.
К сведению! Доля временной жесткости в общем объеме воды составляет около 90%. Постоянная жесткость встречается реже.
Умягчение воды с помощью фильтров АКВАФОР
Существует множество различных типов фильтров, работающих по различным принципам и демонстрирующих разные результаты. Фильтры, которые не призваны умягчать воду, нельзя считать плохими — они могут быть абсолютно функциональными для других задач, поскольку не для всех задач необходима мягкая вода. Кроме того, некоторым регионам повезло с качеством водоснабжения, и необходимость в ее умягчении отсутствует.
Фильтры-кувшины
Фильтры-кувшины, как правило, не могут эффективно смягчить воду, поскольку содержание ионообменной смолы в них крайне невелико. Это основное вещество, отвечающее за борьбу с жесткостью. Специальные модули для умягчения воды подходят лишь для жидкости с незначительной жесткостью.
В линейке фильтров АКВАФОР наилучший результат по умягчению демонстрирует электронный кувшин J.Shmidt 500, который стал лауреатом на фестивале Amsterdam Coffee Festival. Это потому, что в нем больше смол и других важных фильтрующих компонентов, чем в других фильтрах-кувшинах.
Магистральные фильтры
Магистральные фильтры (или предфильтры) также не занимаются умягчением воды, но защищают специальные системы и фильтры для питьевой воды от засорения крупными частицами. Их применение полезно для сантехники и бытовых приборов — они предотвращают образование ржавчины и значительно увеличивают срок службы вашего оборудования.
Например, предфильтр «Викинг» может быть укомплектован двухслойным модулем В520 PRO, который на данный момент считается самым технологичным магистральным картриджем в линейке АКВАФОР.
Обратноосмотические фильтры
Эти фильтры полностью избавляют воду от солей жесткости и вредных примесей, устраняя проблемы с накипью. Чтобы вода сохранила привычный вкус, хорошая система обратного осмоса добавляет полезные для здоровья ионы магния и нормализует уровень pH.
Серия DWM от АКВАФОР — это обратноосмотические фильтры нового поколения. Они компактные, экономные и могут работать даже при низком давлении.
Обратный осмос является одной из лучших технологий фильтрации. Важно помнить, что мембраны требуют защиты от повреждений, поэтому необходимо регулярно менять предфильтры. Если качество воды в вашем доме вызывает сомнения, рекомендуется установить магистральные фильтры для снижения после кислоты количества грубых примесей и уменьшения нагрузки на мембрану.
Технология обратного осмоса полезна не только людям, но и для некоторых водных обитателей: например, в океанариумах активно применяют данную технологию. Множество домашних животных, таких как собаки, кошки и даже мелкие грызуны особенно чувствительны к качеству воды и её минеральному составу — им чистая вода так же необходима, как и их хозяевам.
Проточные сорбционные фильтры
Обычные угольные фильтры не подходят для уменьшения жесткости воды, так как уголь не имеет умягчающих свойств. Их основная задача — удаление опасных растворенных примесей, таких как хлор и его производные.
Модели сорбционных фильтров, отмеченные пометкой «умягчающий», охватывают лишь средние уровни жесткости (до 4 мг-экв/л).
Как уменьшить жесткость воды из скважины и колодца?
Для умягчения воды, получаемой в частных домах, необходимо подбирать систему на основе лабораторного анализа воды из источника. Состав воды из скважины или колодца, в отличие от водопроводной, невозможно предсказать без тестирования. Кроме того, состав может изменяться со временем. Эти изменения учитываются при проектировании систем фильтрации АКВАФОР.
Правильный выбор системы позволит не только сократить расход воды, но и улучшить качество жизни всех обитателей дома. Польза от использования мягкой воды заключается в следующем:
- Снижается расход моющих средств в 3–4 раза;
- Загрязнения с текстиля и посуды удаляются более эффективно;
- Трубы остаются чистыми изнутри;
- Элементы водонагрева не обрастают отложениями и служат гораздо дольше, в 3–5 раз.
Вред употребления жесткой воды для здоровья человека
Избыток магния и кальция может негативно сказаться на различных аспектах здоровья:
- Состояние волос (после мытья) — замедленный рост, повышенное выпадение, развитие перхоти, появление залысин;
- Состояние зубов — растрескивание, расшатывание, скалывание эмали и образование кариозных зон;
- Состояние костей — скелет становится более ломким, существует риск развития артрита и артроза.
Постоянные отложения могут привести к образованию камней, что нарушает нормальную функцию почек, печени и кишечника. Параллельно наблюдается замедление моторики желудка: пищеварение происходит медленно, часть усваиваемой еды накапливается в жировых запасах, что ведет к быстрому набору веса. С течением времени это может спровоцировать и сердечно-сосудистые заболевания, которые, оставаясь незамеченными, могут развиться в более серьезные осложнения, такие как перикардит, эпикардит, эндокардит или миокардит.
Также стоит отметить, что жесткая вода вредна и для животных. Соли, содержащиеся в воде, накапливаются в организме питомцев и могут вызывать проблемы с пищеварением, снижение иммунитета и ненормативное увеличение объема тела.
Собаки и кошки, например, могут потерять аппетит, отказываясь от корма, который ранее им нравился. Они чаще заболевают и подвержены простудам; накопление жидкости приводит к набору веса, и уже в среднем возрасте часто наблюдаются камни в почках и печени. У коров также отмечается снижение удоя — с 14-20 до 10-14 литров в сутки — и ухудшение настроения, что негативно сказывается на качестве молока, которое становится горьковатым.
Нормы жесткости воды
1,5 м³/ч Для технической воды
1,5 м³/ч Для технической воды
Как определить жесткость воды?
Когда временная жесткость осаждается, наиболее значительная ее часть представляет собой карбонат кальция. Кипячение вызывает преобразование растворимых солей в соли карбоната, которые затем соединяются с кальцием. Карбонат кальция обладает низкой растворимостью, поэтому он осаждается, тем самым удаляя и кальций, и карбонат из воды. При этом щелочность воды снижается, поскольку карбонат имеет щелочной характер.
Определение степени временной жесткости может быть затруднено тем, что её концентрация основана на соотношении щелочных ионов и их реакции с кальцием.
Как можно устранить временную жесткость?
Удаление временной жесткости осуществляется в основном посредством кипячения. При нагревании растворимые соли преобразуются в нерастворимый гидроксид магния, который осаждается и затем удаляется. В результате фильтрации получается смягченная вода.
Уравнения реакций, протекающих в процессе, следующие:
- Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2;
- Mg(HCO3)2 → MgCO3 + H2O + CO2.
Временную жесткость можно также устранить с помощью метода Кларка.
Гидроксид кальция — это реагент Кларка, который снижает жесткость воды, превращая бикарбонаты в карбонаты.
Химическая реакция выглядит следующим образом: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2CaCO3 + 2H2O
Щелочность может существовать в трех формах: карбонат (CO32-), бикарбонат (HCO3-) и гидроксид (OH-). Гидроксидная щелочность встречается редко, поскольку она фиксируется только при добавлении и когда уровень pH превышает 10. Карбонатная и бикарбонатная щелочность свободно превращается из одной формы в другую в зависимости от pH воды. Карбонатные ионы почти отсутствуют в воде с низким pH. Если повысить pH, произошедший в результате процесс приводит к превращению некоторых бикарбонатных ионов в карбонатные.
Важно отметить, что бикарбонатные ионы значительно более растворимы по сравнению с карбонатами. Кальций имеет ограниченную растворимость именно с карбонатом, но значительно лучше растворяется с бикарбонатом. Если уровень pH ниже 10, можно уверенно предположить, что щелочность гидроксида равна нулю.
Так, при заданных условиях концентрация карбонатной щелочности сосредоточивается на двукратной щелочности фенолфталеина (C=2P). Более того, концентрация бикарбонатной щелочности равняется общей щелочности минус двойная щелочность фенолфталеина (B=M-2P). Полезно также знать, что общая щелочность составляется из щелочности бикарбоната и щелочности карбонатов (M=B+C).
Концентрация временной жесткости зависит от соотношения бикарбонатной и карбонатной щелочности. По мере циркуляции воды, щелочность и уровень pH увеличиваются. Когда это происходит, соотношение карбонатов и бикарбонатов возрастает, что ведет к снижению растворимости кальция.
Существует определенное соотношение карбонатных и бикарбонатных ионов для каждой равномерности циклов концентрации.
Это соотношение зависит от уровня pH и щелочности, а не от жесткости. Концентрация временной жесткости определяется как концентрация карбонатной щелочности в миллионных долях, которая осаждается, чтобы вернуть воду к состоянию равновесия, при котором кальций не выделяется в осадок.
Кипячение не является единственным способом устранения временной жесткости. Оно просто превращает растворимые бикарбонатные ионы в менее растворимые карбонатные, которые затем осаждаются как карбонат кальция. Современные технологии нашли способ устранения временной жесткости в реакционных камерах, осаждая кальций в виде карбоната кальция. Удаление карбонатов, таким образом, оставляет бикарбонатные ионы, которые хорошо растворимы.
Это позволяет значительно увеличить концентрацию кальция в растворе, так как карбонаты удаляются. Соотношение временной к постоянной жесткости полностью зависит от соотношения карбонатной и бикарбонатной щелочности. Другими словами, временную жесткость можно устранить, когда в реакционной камере образуется карбонат кальция. Процесс удаления временной жесткости происходит одновременно с тем, как карбонат кальция сдвигает насыщение до точки, где оставшаяся, или постоянная жесткость, остается растворимой.
