Нормы жесткости воды: принятые нормативы на территории РФ

Типы жесткой воды

Жесткая вода классифицируется по содержанию в ней ионов. Различают также «временную» и «постоянную» жесткую воду.

• Временная жесткость

Временная жесткость вызвана комбинацией ионов кальция и ионов бикарбоната в воде. Его можно удалить кипячением воды или добавлением извести (гидроксида кальция). Кипячение способствует образованию карбоната из бикарбоната и осаждению карбоната кальция из раствора, в результате чего вода становится более мягкой при охлаждении.

Ниже представлена ​​равновесная реакция при растворении карбоната кальция (CaCO ₃ ) в воде:

При нагревании в воде может растворяться меньше CO ₂ (см. Растворимость). Поскольку CO ₂ вокруг недостаточно, реакция не может идти слева направо, и поэтому CaCO ₃ не будет растворяться так быстро. Вместо этого реакция сдвигается влево (т. е. продукты превращаются в реагенты), чтобы восстановить равновесие, и твердый CaCO ₃ формируется. Кипячение воды устранит жесткость до тех пор, пока не будет удален твердый CaCO ₃ , который выпадает в осадок. После охлаждения, если пройдет достаточно времени, вода подберет CO ₂ из воздуха, и реакция снова пойдет слева направо, позволяя CaCO ₃ «повторно раствориться» в воде.

Для получения дополнительной информации о растворимости карбоната кальция в воде и о том, как на нее влияет атмосферный углекислый газ, см. карбонат кальция.

• Постоянная твердость

Постоянная жесткость – это жесткость (содержание минералов), которая не может быть удалена кипячением. Обычно это вызвано присутствием в воде сульфатов и/или хлоридов кальция и магния, которые становятся более растворимыми при повышении температуры. Несмотря на название, постоянную жесткость можно устранить с помощью умягчителя воды или ионообменной колонки.

Жесткая вода вызывает образование накипи, то есть остаточных минеральных отложений, образующихся после испарения жесткой воды, также известных как известковый налет. Накипь может забивать трубы, разрушать водонагреватели, покрывать внутреннюю часть чайников и кофейников и сокращать срок службы смывных устройств унитаза.

Точно так же остатки нерастворимой соли, которые остаются в волосах после мытья головы жесткой водой, делают волосы более грубыми и труднее распутываются. ^[1]

В промышленных условиях необходимо постоянно контролировать жесткость воды, чтобы избежать дорогостоящих поломок котлов, градирен и другого оборудования, контактирующего с водой. Жесткость регулируется добавлением химикатов и крупномасштабным умягчением цеолитом и ионообменными смолами.

Измерение

Уровень жесткости воды можно измерить, купив бесплатный набор для проверки воды. Они поставляются большинством компаний по умягчению воды. Существует несколько различных шкал, используемых для описания жесткости воды в различных контекстах.

• ммоль/л (миллимоль на литр)
• мг/л эквивалент карбоната кальция
• гран/галлон (gpg)
  1 г/США гал = 17,11 мг/л
• Частей на миллион веса/объема (ppm w / v или ppm м / v )
• Различные устаревшие «степени»:
  • Градусы Кларка (°Clark)/английские градусы (°E)
    — преобразование в мг/л кальция: разделить на 0,175
    Один градус Кларка соответствует одному грану карбоната кальция в одном имперском галлоне воды, что эквивалентно 14,28 частям карбоната кальция на 1 000 000 частей воды.
  • Deutsche Härte (немецкая жесткость) (°dH)
    — перевод в мг/л кальция: разделить на 0,14
    Один немецкий градус соответствует одной части оксида кальция на 100 000 частей воды.
  • Французские градусы (°f) (обозначает градус Фаренгейта, но в нижнем регистре)
    — преобразование в мг/л кальция: разделите на 0,25
    Один французский градус соответствует одной части карбоната кальция на 100 000 частей воды.
  • Американские градусы
    Один американский градус соответствует одной части карбоната кальция на 1 000 000 частей воды (1 мг/л или 1 ppm)
  • Степени общей жесткости (dGH)
    Один градус общей жесткости соответствует 10 мг оксида кальция или оксида магния на литр воды

Поскольку именно смесь минералов, растворенных в воде, вместе с pH и температурой воды определяет поведение жесткости, одночисловая шкала не может адекватно описать жесткость. Описания твердости примерно соответствуют диапазонам концентраций минералов:

• Мягкий: 0–20 мг/л в виде кальция
• Умеренно мягкий: 20–40 мг/л в пересчете на кальций
• Слегка твердый: 40–60 мг/л в виде кальция
• Умеренно жесткий: 60–80 мг/л в пересчете на кальций
• Твердый: 80–120 мг/л в пересчете на кальций
• Очень твердый >120 мг/л в виде кальция

Индексы

Несколько индексов используются для описания поведения карбоната кальция в смеси воды, нефти или газа. ^[2]

• Индекс насыщения Ланжелье (LSI)

Индекс насыщения Ланжелье (иногда индекс стабильности Ланжелье) представляет собой вычисляемое число, используемое для прогнозирования устойчивости воды к карбонату кальция. Он показывает, будет ли вода осаждаться, растворяться или находиться в равновесии с карбонатом кальция. Ланжелье разработал метод прогнозирования рН, при котором вода насыщается карбонатом кальция (называемый рН). LSI выражается как разница между фактическим pH системы и pH насыщения.

LSI = pH — pHs

Если фактическое значение pH воды ниже расчетного значения pH насыщения, LSI является отрицательным, и вода имеет очень ограниченный потенциал образования накипи. Если фактическое значение pH превышает pHs, LSI положителен, и, будучи перенасыщенной CaCO3, вода имеет тенденцию к образованию накипи. При увеличении положительных значений индекса скейлинговый потенциал увеличивается.

• Индекс стабильности Рызнара (RSI)

Индекс устойчивости Рызнара (RSI) использует базу данных измерений толщины накипи в муниципальных системах водоснабжения для прогнозирования влияния химического состава воды.

• Масштабный индекс Пукориуса (PSI)

Индекс накипи Пукориуса (PSI) использует немного другие параметры для количественной оценки взаимосвязи между состоянием насыщения воды и количеством отложившегося известкового налета.

• Другие индексы

Другие индексы включают индекс Ларсона-Сколда ^[3] , индекс Стиффа-Дэвиса ^[4] и индекс Оддо-Томсона ^[5] .

Соображения по поводу здоровья

Всемирная организация здравоохранения заявляет: «Похоже, нет убедительных доказательств того, что жесткость воды вызывает неблагоприятные последствия для здоровья человека». ^[6]

Некоторые исследования показали слабую обратную зависимость между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями у мужчин, вплоть до уровня 170 мг карбоната кальция на литр воды. Всемирная организация здравоохранения рассмотрела доказательства и пришла к выводу, что данных недостаточно для рекомендации уровня жесткости. ^[6]

В обзоре František Kožíšek, MD, Ph.D. В Национальном институте общественного здравоохранения Чешской Республики есть хороший обзор по теме, и, в отличие от ВОЗ, установлены некоторые рекомендации по максимальным и минимальным уровням кальция (40-80 мг/л) и магния (20-30 мг/л). ) в питьевой воде, а общая жесткость, выраженная как сумма концентраций кальция и магния, составляет 2-4 ммоль/л. ^[7]

Другие исследования показали слабую корреляцию между здоровьем сердечно-сосудистой системы и жесткостью воды. ^{[8] [9] [10]}

Очень мягкая вода может разъедать металлические трубы, в которых она транспортируется, и в результате вода может содержать повышенные уровни кадмия, меди, свинца и цинка ^{[ 6]} .

Смягчение

Часто бывает желательно смягчить жесткую воду, так как она плохо образует пену с мылом. Мыло теряется при попытке образовать пену, и в процессе образуется пена. Жесткую воду можно обрабатывать, чтобы уменьшить эффект образования накипи и сделать ее более подходящей для стирки и купания.

Процесс

Умягчитель воды работает по принципу катионного или ионного обмена, при котором ионы минералов жесткости заменяются ионами натрия или калия, эффективно снижая концентрацию минералов жесткости до допустимого уровня. ^[11]

Самый экономичный способ умягчения воды в домашнем хозяйстве — использование ионообменного умягчителя воды. В этом устройстве используется хлорид натрия (поваренная соль) для перезарядки шариков, изготовленных из ионообменных смол, которые обменивают ионы минералов жесткости на ионы натрия. Можно также использовать искусственные или природные цеолиты. Когда жесткая вода проходит через шарики и вокруг них, ионы минералов жесткости преимущественно поглощаются, вытесняя ионы натрия. Этот процесс называется ионным обменом. Когда в гранулах или цеолите натрия остается низкая концентрация ионов натрия, они истощаются и больше не могут смягчать воду. Смола перезаряжается путем промывки (часто назад -промывка) соленой водой. Высокая избыточная концентрация ионов натрия изменяет равновесие между ионами в растворе и ионами, удерживаемыми на поверхности смолы, что приводит к замещению ионов минералов жесткости на смоле или цеолите ионами натрия. Полученный раствор соленой воды и минеральных ионов затем смывается, и смола готова к повторному запуску процесса. Этот цикл можно повторять много раз.

В некоторых процессах умягчения в промышленности используется тот же метод, но в гораздо большем масштабе. Эти методы создают огромное количество соленой воды, очистка и утилизация которой требует больших затрат.

Временную жесткость, вызванную ионами гидрокарбоната (или бикарбоната), можно устранить кипячением. Например, гидрокарбонат кальция, часто присутствующий в воде с временной жесткостью, кипятят в чайнике для устранения жесткости. При этом внутри чайника образуется накипь в процессе, известном как «обшивка чайников». Эта шкала состоит из карбоната кальция.

Ca(HCO ₃ ) ₂ → CaCO ₃ + CO ₂ + H ₂ O

Жесткость также можно уменьшить с помощью обработки кальцинированной известью. Этот процесс, разработанный Томасом Кларком в 1841 году, включает добавление гашеной извести (гидроксид кальция — Ca(OH) ₂ ) в жесткую воду для преобразования гидрокарбонатной жесткости в карбонатную, которая выпадает в осадок и может быть удалена фильтрацией. :

Ca(HCO ₃ ) ₂ + Ca(OH) ₂ → 2CaCO ₃ + 2H ₂ O

Добавление карбоната натрия также смягчает постоянно жесткую воду, содержащую сульфат кальция, поскольку ионы кальция образуют карбонат кальция, который выпадает в осадок, и образуется растворимый сульфат натрия. Образовавшийся карбонат кальция опускается на дно. Сульфат натрия не влияет на жесткость воды.

Na ₂ CO ₃ + CaSO ₄ → Na ₂ SO ₄ + CaCO ₃

Почему моя кожа кажется скользкой после мытья смягченной водой, в отличие от жесткой воды?

После первого опыта с мягкой водой может возникнуть некоторая путаница. Жесткая вода плохо пенится с мылом и оставляет ощущение «менее чистого». Мягкая вода пенится лучше, чем жесткая, но оставляет «скользкое ощущение» на коже после использования с мылом. Например, один производитель смягчителей воды оспаривает, что «ощущение скользкости» после душа в мягкой воде связано с «более чистой кожей» и отсутствием «вызывающей трение» мыльной пены.

Однако химическое объяснение заключается в том, что умягченная вода из-за содержания в ней натрия имеет гораздо более низкую способность связываться с мыльной пленкой на теле, и поэтому ее гораздо труднее смыть. ^[12] Решения заключаются в использовании меньшего количества мыла или синтетических жидких средств для мытья тела.

Региональная информация

Жесткая вода в Австралии

Анализ жесткости воды в крупных городах Австралии, проведенный Австралийской водной ассоциацией, показывает диапазон от очень мягкой (Мельбурн) до очень жесткой (Аделаида).
Уровни общей жесткости карбоната кальция в мг/л:
Канберра: 40 ^[13] ; Мельбурн: 10–26 ^[14] ;
Сидней: 39,4 — 60,1 ^[15] ;
Перт: 29-226 ^[16] ;
Брисбен: 100 ^[17] ;
Аделаида: 134–148 ^[18] ;
Хобарт: 5,8 — 34,4 ^[19] ;
Дарвин: 31 ^[20] .

Жесткая вода в Канаде

Провинции прерий (в основном Саскачеван и Манитоба) содержат большое количество кальция и магния, часто в виде доломита, которые легко растворяются в грунтовых водах, содержащих высокие концентрации углекислого газа, захваченного во время последнего оледенения. В этих частях Канады общая жесткость в мг/л эквивалента карбоната кальция часто превышает 200 мг/л, если грунтовые воды являются единственным источником питьевой воды.

Некоторые типичные значения: Калгари 165 мг/л, Саскатун [21] Ванкувер [ необходима ссылка ], Шарлоттаун PEI 140 — 150 мг/л. ^[22]

Жесткая вода в Англии и Уэльсе

Информация Британской инспекции питьевой воды показывает, что питьевая вода в Англии обычно считается «очень жесткой», причем в большинстве районов Англии, особенно на востоке, содержание карбоната кальция превышает 200 мг/л. Уэльс, Девон, Корнуолл и некоторые районы Северо-Западной Англии являются районами с более мягкой водой и колеблются от 0 до 200 мг/л9. 0007 [ необходима ссылка ] . В пивоваренной промышленности Англии и Уэльса вода часто преднамеренно затвердевает с помощью гипса в процессе буртонизации.

Жесткая вода в США

По данным Геологической службы США, 89,3% домов в США имеют жесткую воду. Самые мягкие воды встречаются в некоторых частях Новой Англии, южной части Атлантического залива, северо-западной части Тихого океана и на Гавайях. Умеренно жесткие воды характерны для многих рек Теннесси, Великих озер, тихоокеанского северо-запада и регионов Аляски. Жесткие и очень жесткие воды встречаются в некоторых ручьях в большинстве регионов страны. Самые жесткие воды (более 1000 мг/л) в реках Техаса, Нью-Мексико, Канзаса, Аризоны и южной Калифорнии. 9 Бриггс, Дж. К., и Фике, Дж. Ф.; Качество рек Соединенных Штатов, водный год 1975 г. — на основе данных Национальной сети учета качества водотоков (NASQAN) : отчет Геологической службы США с открытыми файлами 78-200, 436 стр. (1977)

Питьевая вода: жесткая вода

Шэрон О. Скиптон, дополнительный преподаватель качества воды

Брюс И. Дворжак, инженер по экологической инфраструктуре

Жесткая вода не опасна для здоровья, но может доставлять неудобства в доме. Узнайте, как тестировать воду, интерпретировать результаты и выбирать лечение.

Вода, описанная как «жесткая», содержит большое количество растворенного кальция и магния. Жесткая вода не представляет опасности для здоровья, но может доставлять неудобства из-за накопления минералов на сантехнических приборах и плохого действия мыла и/или моющего средства.

Источники минералов твердости

Вода является хорошим растворителем и легко впитывает загрязнения. Когда вода движется через почву и горные породы, она растворяет очень небольшое количество минералов и удерживает их в растворе. Растворенный кальций и магний являются двумя наиболее распространенными минералами, которые делают воду жесткой. Степень жесткости увеличивается по мере увеличения содержания кальция и магния.

Показания жесткой воды

Жесткая вода мешает почти всем задачам по уборке, от стирки и мытья посуды до купания и ухода за собой.

Количество минералов жесткости в воде влияет на количество мыла и моющего средства, необходимого для очистки. Мыло, используемое в жесткой воде, соединяется с минералами, образуя липкий мыльный творог. Некоторые синтетические моющие средства менее эффективны в жесткой воде, потому что активный ингредиент частично инактивируется жесткостью, хотя и остается растворенным.

Купание с мылом в жесткой воде оставляет на коже пленку липкого мыльного творога. Пленка может препятствовать удалению почвы и бактерий. Мыльный творог препятствует возвращению кожи в нормальное, слегка кислое состояние и может вызвать раздражение. Мыльный творог на волосах может сделать их тусклыми, безжизненными и трудными в уходе.

При стирке в жесткой воде мыльные хлопья оседают на ткани во время стирки, делая ткань жесткой и грубой. Неполное удаление загрязнений с белья приводит к посерению белой ткани и потере яркости цветов. В одежде может появиться кислый запах. Постоянная стирка в жесткой воде может сократить срок службы одежды.

Кроме того, мыльный творог может осаждаться на посуде, в ваннах и душах, а также на всех водопроводных и сантехнических приборах. Жесткая вода также способствует неэффективной и дорогостоящей работе водопотребляющих приборов. Нагретая жесткая вода образует накипь из минералов кальция и магния, которые могут способствовать неэффективной работе или выходу из строя водопотребляющих приборов. Трубы могут забиваться накипью, что снижает расход воды и в конечном итоге требует замены трубы.

Возможные последствия для здоровья

Жесткая вода не опасна для здоровья. На самом деле, Национальный исследовательский совет (Национальная академия наук) утверждает, что жесткая питьевая вода обычно содержит небольшое количество кальция и магния по отношению к общему количеству этих минералов, необходимых в рационе человека. Совет также заявляет, что в некоторых случаях, когда растворенный кальций и магний очень высоки, вода может быть основным источником кальция и магния в рационе.

Было проведено множество исследований взаимосвязи между жесткостью воды и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний. Хотя многочисленные исследования указывают на корреляцию между жесткой водой и более низкой смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний, четких выводов сделано не было. Национальный исследовательский совет рекомендовал провести дополнительные исследования. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) пытается координировать всемирное исследование влияния на сердечно-сосудистые заболевания до и после изменений жесткости воды.

Жесткая вода, обработанная ионообменным умягчителем, содержит натрий. По данным Ассоциации качества воды (WQA), в процессе умягчения с помощью ионного обмена добавляется натрий в количестве около 8 мг/л на каждый гран жесткости, удаленный на галлон воды.

Например, если вода имеет жесткость 10 гран на галлон, она будет содержать около 80 мг/л натрия после умягчения с помощью ионообменного умягчителя, если удалить все минералы жесткости. Из-за содержания натрия в умягченной воде и потенциальной пользы от употребления жесткой воды некоторым людям врач может посоветовать не устанавливать умягчители воды, умягчать только горячую воду или обойти умягчитель воды линией холодной воды ( обычно к отдельному крану на кухонной раковине) для подачи неумягченной воды для питья и приготовления пищи.

Тестирование

Проверка систем водоснабжения

Операторы системы общественного водоснабжения обязаны предоставлять ежегодные отчеты о качестве воды, называемые отчетами о доверии потребителей (CCR). CCR может включать информацию об уровне жесткости подаваемой воды. Вы также можете связаться с поставщиком воды и запросить эту информацию.

Проверка частных систем водоснабжения

Если у вас есть частное водоснабжение, вы можете проверить воду на жесткость. Большинство лабораторий по тестированию воды предлагают тесты на жесткость за определенную плату, в том числе лаборатория Министерства здравоохранения и социальных служб штата Небраска (DHHS).

Кроме того, можно приобрести различные наборы для определения жесткости воды и погружные полоски. Как правило, они просты в использовании, относительно недороги и могут дать хорошую оценку твердости. Лабораторные тесты следует рассмотреть, если необходимы более точные измерения.

Многие компании, продающие оборудование для очистки воды, предлагают тесты на жесткость. При использовании этих тестов воды убедитесь, что вы понимаете характер теста, состояние измеряемой воды и значимость результатов теста.

Интерпретация результатов теста

Результаты испытаний общественного водоснабжения

Агентство по охране окружающей среды (EPA) устанавливает стандарты для питьевой воды, которые предназначены для защиты вашего здоровья и обеспечения хорошего качества воды в вашем общественном водоснабжении. Стандарты делятся на две категории: первичные стандарты и вторичные стандарты.

Первичные стандарты

основаны на соображениях здоровья, а вторичные стандарты основаны на вкусе, запахе, цвете, коррозионной активности, пенообразовании и окрашивающих свойствах воды. Не существует первичного или вторичного стандарта жесткости воды.

DHHS штата Небраска, который устанавливает стандарты питьевой воды в штате, не регулирует жесткость воды в системах общественного водоснабжения. Таким образом, жесткость воды в системе водоснабжения штата Небраска не регулируется федеральными законами или законами штата.

Результаты испытаний частного водоснабжения

Жесткость воды часто выражается в единицах жесткости на галлон воды (gpg) или миллиграммах жесткости на литр воды (мг/л). Таблица 1 , адаптированная из WQA, показывает классификацию твердости. Ионы жесткости обычно сочетаются с ионами сульфата, хлорида, карбоната или бикарбоната. Для согласованности концентрации обычно преобразуются в эквивалентную концентрацию карбоната кальция (CaCO ₃ ) и выражается по твердости в пересчете на карбонат кальция.

Жесткость воды классифицируется Министерством внутренних дел США и Ассоциацией качества воды следующим образом:

Таблица 1. Классификация жесткости воды (жесткость по карбонату кальция).

Опции

Опции для общественного водоснабжения

Общественные поставщики воды не обязаны регулировать жесткость поставляемой воды. Однако некоторые государственные поставщики воды могут добровольно управлять жесткостью воды. В некоторых случаях управление другими параметрами качества воды может привести к снижению жесткости.

Опции для частного водоснабжения

Некоторые пользователи частного водоснабжения предпочитают использовать жесткую воду. Другие могут выбрать управление или снижение жесткости воды. Ниже обсуждаются три коммерчески доступных варианта управления жесткостью воды.

Порошкообразные или жидкие химикаты

Порошкообразные или жидкие умягчители воды — это химические вещества, которые можно добавлять в воду для контроля ее жесткости. Продукты могут образовывать нерастворимый осадок с ионами кальция и магния, который делает воду мутной и может скапливаться на поверхностях.

Ионообменные установки для умягчения воды

Ионообменные умягчители воды могут быть стационарно установлены в водопроводную систему для непрерывного удаления кальция и магния.

Процесс ионного обмена включает воду, проходящую через слой среды, обычно шарики сульфированного полистирола, перенасыщенные натрием. Процесс ионного обмена происходит при прохождении жесткой воды через смягчающий материал. Минералы жесткости прикрепляются к шарикам смолы, в то время как натрий из шариков смолы одновременно высвобождается в воду. Когда смола насыщается кальцием и магнием, ее необходимо перезарядить. Перезарядка осуществляется путем пропускания раствора соли (рассола) через смолу. Натрий заменяет кальций и магний, выбрасываемые в сточные воды.

Протокол

(NSF/ANSI 44) был разработан для оценки эффективности ионообменных умягчителей воды.

Хлористый калий, хотя и не используется широко, может быть использован для создания солевого раствора. В этом случае калий, а не натрий, заменяется кальцием и магнием.

Для получения дополнительной информации об умягчителях воды, включая информацию о том, как работает умягчитель воды, требованиях к техническому обслуживанию умягчителей воды и различиях в солях умягчителя, см. NebGuide G1491, Очистка питьевой воды: умягчение воды (ионный обмен) .

Физическая очистка воды

Несколько нехимических технологий, основанных на различных физических явлениях, вышли на рынок, чтобы помочь потребителям решить проблемы, связанные с жесткой водой. Технологии включают электрохимическую очистку воды, электрически индуцированное осаждение, кристаллизацию с помощью шаблона и магнитную очистку воды. Эти технологии не устраняют твердость.

Имеются данные о применении некоторых из этих устройств, работающих в промышленных масштабах, в качестве средства против образования накипи. Но есть несколько убедительных исследований, подтверждающих эффективность этих устройств для бытового использования. Стандарты и протоколы для бессолевых устройств для смягчения воды находятся в стадии разработки, и в ближайшие годы могут быть предложены испытания и сертификация этих бытовых изделий. Но до тех пор, пока не будет доступно тестирование бытовых средств против образования накипи, потребители не могут с уверенностью сказать, какие продукты могут лучше всего уменьшить образование накипи в доме. В некоторых случаях один из этих продуктов может быть очень эффективным, но в других случаях продукт может не соответствовать ожиданиям потребителя. Дополнительную информацию о «смягчителях» воды, не содержащих солей, см. в NebGuide 9.0005 Очистка питьевой воды: опции «Смягчитель» для обессоленной воды (G2275).

Резюме

Жесткая вода не представляет опасности для здоровья, но иметь дело с жесткой водой в домашних условиях может быть неприятно. Жесткость (концентрация кальция и магния) воды может быть приблизительно определена с помощью набора для тестирования воды в домашних условиях или может быть измерена более точно с помощью лабораторного анализа воды. Жесткостью воды можно управлять, добавляя в воду порошкообразные или жидкие умягчители воды. Ионообменные умягчители могут эффективно снизить жесткость воды. Эффективность устройств физической очистки воды для контроля образования накипи или иного управления жесткостью на бытовом уровне не оценивалась с научной точки зрения.