Жесткость воды некарбонатная: Жесткость воды и необходимость ее контроля

Содержание

Жесткость воды

Жесткость воды — физико-химический показатель воды

 

Совокупность физико-химических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей кальция и магния («солей жесткости»), принято называть жесткостью воды.

 

Концентрация двухвалентных катионов, прежде всего, кальция и магния, определяет уровень жесткости воды. Происходит это в результате взаимодействия катионов с анионами, приводящего к образованию выпадающих в осадок соединений. Одновалентные катионы данным свойством не обладают.

 

Не только кальций и магний влияют на жесткость воды, это свойство присуще также и некоторым другим элементам. Например, железо, стронций, марганец, алюминий, барий тоже оказывают влияние на жесткость воды, но их воздействие настолько мало и незначительно, что, как правило, при проведении анализа попросту не учитывается. 

 

Выделяют несколько видов жесткости воды.

 

Под понятием общей жесткости подразумевается суммарная концентрация ионов кальция и магния. Общая жесткость — это совокупность карбонатной и некарбонатной жесткости.

 

Карбонатная жесткость определяется содержанием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Такая жесткость также носит название временной, это связано с тем, что в процессе кипячения воды она почти полностью исчезает. Нагрев воды приводит к распадению гидрокарбонатов, образованию угольной кислоты и выпадению карбоната кальция и гидроксида магния в осадок.

 

Некарбонатная жесткость, также называемая постоянной, связана с наличием в воде солей серной, азотной и соляной кислот. Такой тип жесткости не устраняется в процессе кипячения.

 

 Для измерения жесткости воды могут использоваться разные единицы. В России стандартной единицей измерения жесткости считается моль на кубический метр. Другие единицы, используемые для измерения жесткости в мировой практике, — это так называемые градусы жесткости: немецкий, французский, американский.

 

 

Все минеральные воды содержат в себе ионы кальция и магния. Они поступают в воду из природных залежей известняка, гипса и доломитов в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода и минералов. Сточные воды разных предприятий также могут служить причиной попадания в воду ионов кальция и магния.

 

В маломинерализованных водах, как правило, жесткость обуславливается по большей мере ионами кальция — до 70-80 %. В редких случаях преобладает магниевая жесткость — до 50-60%. В высокоминерализованных водах, напротив, содержание ионов кальция существенно ниже, чем магния. Вода с высоким уровнем минерализации редко содержит ионы кальция в количестве большем 1 грамма на литр, в то время как содержание ионов магния может составлять нескольких граммов и даже десятков граммов на литр. 

 

Как известно, поверхностные воды менее жесткие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод напрямую зависит от сезонных условий. Наибольшие показатели обнаруживаются в конце зимы, а наименьшие — в период половодья (уровень жесткости уменьшается за счет мягкой дождевой воды, попадающей в источники). Морская вода, как и океанская, имеет очень высокую жесткость, которая может достигать сотни мг-экв/дм3.

 

Степень жесткости воды, приемлемая для ее использования в качестве питья, может быть разной и зависит от местных условий. Порог вкуса для кальция — 2-6 мг-экв/л, для магния — ниже. В редких случаях считается приемлемой вода, жесткость которой достигает 10 мг-экв/л и даже выше. Однако высокая жесткость оказывает отрицательное воздействие на органолептические свойства воды, что проявляется в горьковатом привкусе и негативном влиянии на пищеварительные органы.

 

ВОЗ не дает рекомендаций, касающихся степени жесткости воды по медицинским показателям. Имеются некоторые сведения, указывающие на возможное негативное влияние воды с высокой жесткостью на сердечнососудистую систему человека. Также существует представление, что вода с низкими показателями жесткости может отрицательно сказываться на балансе минеральных веществ в человеческом организме. Однако не имеется никаких существенных доказательств действительной связи между данными явлениями ни в первом, ни во втором случае.

 

Что же касается использования воды для питания котлов, то здесь существуют строгие ограничения, касающиеся жесткости воды. Если жесткость превышает 4 мг-экв/л, то в зависимости от уровня pH и щелочности, может вызывать отложение накипи и шлаков в распределительной системе. Поэтому Котлонадзор сформулировал ограничения жесткости воды, используемой в этом назначении, которые сводятся к 0,05-0,1 мг-экв/л.

 

Если говорить об использовании воды в бытовых и косметических целях, то здесь также следует упомянуть о негативных последствиях, которые может оказать употребление воды с высокой жесткостью. Такого типа вода во взаимодействии с мылом, шампунями, стиральными порошками и другими моющими средствами способствует образованию так называемых «мыльных шлаков», т.е. пены, которая после высыхания оставляет налет на сантехнике, посуде, белье, а также человеческой коже и волосах. Эти шлаки, кроме всего прочего, способны разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа человека. Если жесткость воды высокая, то после мытья человек может почувствовать «скрип» кожи и волос. Если же вода мягкая, то после ванных процедур может остаться чувство «мылкости», которое служит показателем, что защитная пленка кожи не была повреждена.

 

Однако использование воды с низкой жесткостью также может иметь некоторые негативные последствия. Например, вода, обладающая жесткостью менее 2 мг-экв/л, может иметь малую буферную емкость, что в свою очередь способно приводить к высокому коррозионному влиянию на водопроводные трубы. По этой причине в теплотехнике нередко проводится обработка воды, направленная на достижение наилучшего соотношения между коррозионной активностью воды и степенью ее жесткости.

 

Некарбонатная жесткость воды

 

О вреде некачественной воды сегодня ходят, чуть ли не легенды. Потребителя пугают с экранов телевизора, с газетных колонок. Рассказывают о мифической жестковатости, от которой оборудование пачками выходит из строя. И стиральная машина заливает всю квартиру водой, и трубы разрываются буквально на глазах. Все это легко можно увидеть и услышать с экранов телевизоров. Однако если начинать разбираться в этих процессах, то можно узнать много нового. Например, о том, что есть некарбонатная жесткость воды, от которой избавляться в принципе не нужно.

 

Какой вред наносит некарбонатная жесткость?

 

Все случаи испорченных вещей, покалеченного здоровья и неисправного оборудования в следствие применения воды с высоким порогом действительно правдивы. Разве только немного приукрашенные. С жесткостью можно и нужно бороться, т.к. она наносит реальный вред оборудованию. Она на столько вредна, что затраты на систему очищения окупятся совсем за небольшой срок

Какие причины вызывают необходимость в установки системы очищения от негативной жесткости? В таблице представлены самые яркие примеры:

Вид загрязнения

Негативные последствия

Соли жесткости

Быстрая изнашиваемость комплектующих

Низкое качество стирки

Плохая растворимость мыльных и очистительных веществ

Образование известковых отложений

Перегорание оборудования

Испорченный вкус пищи

Отражается на здоровье

В комплексе все эти последствия могут и здоровье человеку подорвать, и дорогущее оборудование полностью и безвозвратно вывести из строя. Всемирная организация здравоохранения определяет нормальный показатель жесткости на уровне от 1 до 2 миллиграмм на эквивалент-литр. Хотя некоторые особенности солей она до сих пор официально не признала. Это касается как непосредственно вреда, так и вреда дефицита этих солей.

В России дела обстоят по-другому. Здесь показатель колеблется в пределах 7 миллиграмм. В то время как такой драгоценный вкус продуктов напитков, лучше всего передает вода с показателем жесткости в пределах от 1,6 до 3 миллиграмм. Но САНПины России пока еще не пересматривались, и в результате в квартиры и дома потребителей имеют право поставлять жесткую по мировым канонам воду.

Но мало того, что человек получает продукты с искаженным вкусом. На пищеварении такая вода так же негативно отражается. Следом идет весь комплекс болезней связанных с почками, печенью  и желудком. Но, как известно, все последствия для здоровья несравнимы с последствиями для оборудования. Хуже накипи при работе с водой нет ничего.

Для того собственно умягчение и предусмотрено. Оно помогает довести воду до нужного качества, допустимых пределов, безвредных для оборудования и здоровья. Но каким образом к этим понятиям относится некарбонатная жесткость воды? Все дело в том, что общую известковость воды условно делят на два вида –

  • Карбонатная;
  • Некарбонатная

Работа по устранению ведется именно с карбонатной, то есть растворимой. Некарбонатная субстанция не удаляется из воды, ее убрать невозможно и вред она наносит значительно больший. Поэтому изучению особому она не подвергалась и потребитель должен воспринимать ее, как факт свершившийся.

Важно для потребителей воду обрабатывать, в том числе это важно и для аквариума. Если рыбок кормить карбонатной водой, то очень скоро можно остаться совсем без обитателей аквариума. В отличие от других сфер жизни, здесь рамки очень тонкие и состав воды должен тщательным образом корректироваться. Причем учитывается не только наличие всех солей, но и их соотношение.

Некарбонатная жесткость – это комплекс сульфатов, сульфитов, хлоридов и прочих солей в воде. Сколько бы воду с такой жесткостью потребитель не грел, вот эти соли в осадок не выпадут. Но важная роль такой соли состоит в том, что именно по ней определяется пригодная ли вода вообще для потребления человеком и животными.

 

Корректировочные работы по превращению некарбонатной жесткости в карбонатную

 

Кроме некарбонтаной жесткости воды есть еще и карбонатная. Соли жестковатости ее и образуют. И при нагревании такой субстанции налет и возникает и удалить его сложно как раз потому, что соли растворившись, образуют осадок. И чем дольше по времени он лежит на поверхностях, тем больше и плотнее слой и тем хуже он потом выводится.

Вот этот выводимый вид жесткости определяет преградительные свойства воды, и именно он не дает резко колебаться значениям кислотно-щелочного баланса. Концентрация солей в воде и служит основой для определения самого параметра. В химической среде его превращают с помощью молей на метр кубический или молей на литр. При измерении такого параметра в аквариумной воде пользуются понятиями градусов. Они же используются для американской, германской и английской шкалы.

Есть шкала жесткости, очень мягкая вода допускает показания до трех градусов, сильно жесткая водица будет иметь показатель до 30 градусов. В то же время миллиграммы на эквивалент подразумевают другие отметки. Соответственно до 2 и 9 и выше.

Превратить некарбонатную жесткость в карбонатную своими силами вряд ли получится. Все, что может сделать человек своими силами – это прокипятить воду, но в этом случае весь удар, так сказать придется на стенки кастрюли или чайника.

Умягчающие домашние средства сродни утопии. Единственный доступный вариант – настаивание воды на камнях кремния. Но для этого кремний должен быть из хорошей породы и хорошо промыт. Да и настаивать придется долго, не меньше недели. С такой водой много не сделаешь. Но она считается лечебной, так что можно попить ее для профилактики, раз, ни для чего другого использовать ее не получится.

Откорректировать состав воды действительно надежно поможет только хорошо продуманная система очищения. Для разных случаев применяют самые разные умягчители. В квартире это может быть один набор, на предприятиях совершенно другой.

 

Рекомендуемые фильтры

 

Но самыми успешными в плане покупаемости, на сегодня считаются два фильтра – электромагнитный безреагентный и катионный смоляной. В быту люди очень часто начинают пользоваться именно катионными самыми простыми умягчителями. Тем более, что такой прибор можно брать с собой куда угодно.

Обычный кувшин с небольшим фильтром, который опущен в воду, он прозрачный, на нем есть крышка. Представляет он собой два сосуда, один погруженный в другой. В тот, что поменьше, и к которому присоединен фильтрующий картридж, заливают некачественную воду. Она постепенно, естественным путем протекает через катионную преграду. За это время, ионы обмениваются местами. Жесткость воды фильтр остается внутри смол, а полезный натрий вместе с мягкой водой попадает в другую емкость. При всей большой расходной части, хлопотах с заменой картриджей из месяца в месяц, кувшинные устройства до сих пор пользуются популярностью. Поскольку стоят недорого, да и помогают дешевле, чем покупка воды в баклажках, получить мягкую воду.

Второй вариант по превращению некарбонатной жесткости в карбонатную, это применение ионообменного фильтра, например Atoll или Ecowater. Для очищающего устройства больше подходит для технической воды, от которой питьевого качества никто и не требует. Электромагнитный безреагентник тем и хорош, что он прежде всего, очиститель поверхностей, а уж потом умягчитель. За счет магнитного воздействия соли начинают медленно вычищать старую накипь, даже если она очень сильно прилипла к поверхностям. Но главное потребитель в этом процессе участвует только тем, что включает фильтр в розетку и монтирует его. Остальное все прибор делает сам и без регаентов. Потому видимо и питьевого качества вода не будет, но зато все старые залежи прекрасно отслоятся, без повреждений поверхностей. Механическая чистка кстати, очень часто портит поверхности и порой безвозвратно.  Так, что обоснованность применения таких фильтров для сменной жесткости вполне обоснована.

В чем разница между карбонатной и некарбонатной жесткостью

Автор: Madhu

Ключевое различие между карбонатной и некарбонатной жесткостью заключается в том, что карбонатная жесткость возникает из-за присутствия карбонатных и бикарбонатных анионов, тогда как некарбонатная жесткость возникает из-за сульфатных и хлоридных анионов.

Жесткость можно описать как способность воды осаждать мыло. И магний, и кальций могут осаждать мыло. При этом образуется сгусток, который приводит к образованию колец в ваннах и подобных приспособлениях, а также к посерению, пожелтению или потере яркости стираемых тканей.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные различия
2. Что такое карбонатная жесткость
3.  Что такое некарбонатная жесткость
4. Карбонатная и некарбонатная жесткость в табличной форме
5. Резюме – Карбонатная и некарбонатная жесткость

Что такое карбонатная жесткость?

Карбонатная жесткость может быть описана как мера жесткости воды, обусловленная присутствием анионов карбоната и бикарбоната. Обычно эта жесткость выражается либо в градусах KH (dKH), либо в частях на миллион карбоната кальция (ppm CaCO 3 ). Там один dKH равен 17,848 мг/л (ppm) CaCO 3 . Например, один dKH подобен ионам карбоната и бикарбоната, которые можно найти в растворе приблизительно 17,848 мг карбоната кальция на один литр воды. Мы можем выразить оба этих измерения в мг/л CaCO 3 . Это означает, что концентрация карбоната выражается так, как если бы карбонат кальция был единственным источником ионов карбоната.

Водный раствор, состоящий из 120 мг NaHCO 3 (пищевая сода) на литр воды содержит 1,4285 ммоль/л бикарбоната. Поскольку молярная масса пищевой соды составляет 84,007 г/моль, она эквивалентна карбонатной жесткости в растворе, состоящем из 0,71423 ммоль/л карбоната кальция. Или же мы можем выразить это как 71,485 мг/л карбоната кальция. Однако один градус KH равен 17,848 мг/л CaCO3, а значение KH для данного конкретного раствора составляет 4,0052 градуса.

Что такое некарбонатная жесткость?

Некарбонатная жесткость может быть описана как часть общей жесткости воды, которая формируется не за счет карбонатов, а за счет анионов сульфатов. Это мера солей магния и кальция, которые появляются из солей бикарбоната и карбоната, таких как хлорид магния и сульфат кальция. Это одна из составляющих общей жесткости наряду с карбонатной жесткостью.

Этот термин может быть описан как мера содержания солей магния и кальция помимо бикарбонатов и карбонатов, включая сульфат кальция и хлорид магния. Как правило, вода становится жесткой при контакте с двухвалентными, растворимыми катионами и катионами металлов. Некарбонатная жесткость не будет осаждаться при кипячении, и эти анионы могут сделать воду более агрессивной. В значительной степени этот термин заменяется термином постоянная твердость, имеющим то же значение.

В чем разница между карбонатной и некарбонатной жесткостью?

Карбонатная жесткость — это мера жесткости воды, обусловленная присутствием карбонатных и бикарбонатных анионов, в то время как некарбонатная жесткость — это мера жесткости воды, которая образуется не за счет карбонатов, а за счет анионов сульфата. Следовательно, ключевое различие между карбонатной и некарбонатной жесткостью заключается в том, что карбонатная жесткость возникает из-за присутствия карбонатных и бикарбонатных анионов, тогда как некарбонатная жесткость возникает из-за сульфатных и хлоридных анионов. Кроме того, карбонатную жесткость нельзя удалить кипячением, так как она может образовывать осадки, в то время как некарбонатную жесткость можно удалить кипячением, поскольку она не вызывает осаждения.

Ниже приведены сводные данные о разнице между карбонатной и некарбонатной жесткостью в табличной форме для параллельного сравнения.

Резюме – Карбонатная и некарбонатная жесткость

Жесткость воды является важным фактором в отношении воды, поскольку она может влиять на химические и физические свойства воды. Ключевое различие между карбонатной и некарбонатной жесткостью заключается в том, что карбонатная жесткость возникает из-за присутствия карбонатных и бикарбонатных анионов, тогда как некарбонатная жесткость возникает из-за сульфатных и хлоридных анионов.

Артикул:

1. «Карбонатная жесткость». Википедия. Фонд Википедии.
2. «Некарбонатная жесткость». CorrossionPedia.

Изображение предоставлено:

1. «Жесткая вода и капля». Хустведт — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia

SL 332/SS540: Примечания о качестве воды: щелочность и жесткость

П. Крис Уилсон
2

Введение

Термины щелочность и жесткость часто используются взаимозаменяемо при обсуждении качества воды. Эти совокупные свойства воды имеют некоторое сходство, но четко различаются. Цели этого документа состоят в том, чтобы предоставить читателям 1) обзор щелочности и жесткости, 2) понимание важности щелочности и жесткости с точки зрения управления и экологии, 3) краткое изложение методов измерения каждого из них и 4) действующие государственные правила для каждого в общественных водах Флориды.

Описания

Щелочность

Щелочность – это мера кислотонейтрализующей способности воды. Это совокупная мера суммы всех титруемых оснований в образце. Щелочность в большинстве природных вод обусловлена ​​наличием карбонатных (CO 3 = ), бикарбонатных (HCO 3 — ) и гидроксильных (OH — ) анионов. Однако бораты, фосфаты, силикаты и другие основания также вносят свой вклад в щелочность, если они присутствуют. Это свойство важно при определении пригодности воды для орошения и/или смешивания некоторых пестицидов, а также при интерпретации и контроле процессов очистки сточных вод. Щелочность обычно указывается в эквивалентах карбоната кальция (CaCO 3 ).

Твердость

Жесткость чаще всего связана со способностью воды осаждать мыло. По мере увеличения жесткости требуется больше мыла для достижения того же уровня очистки из-за взаимодействия ионов жесткости с мылом. Химически жесткость часто определяется как сумма концентраций поливалентных катионов, растворенных в воде. Наиболее распространенными поливалентными катионами в пресной воде являются кальций (Ca ++) и магний (Mg ++9).0064).

Жесткость обычно делится на две категории: карбонатная жесткость и некарбонатная жесткость . Карбонатная жесткость обычно обусловлена ​​наличием солей бикарбоната [Ca(HCO 3 ) 2 и Mg(HCO 3 ) 2 ] и карбоната (CaCO 3 и MgCO 3 ). Некарбонатной жесткости способствуют такие соли, как хлорид кальция (CaCl 2 ), сульфат магния (MgSO 4 ) и хлорид магния (MgCl 2 ). Общая жесткость равна сумме карбонатной и некарбонатной жесткости. В дополнение к Ca ++ и Mg ++, железо (Fe++), стронций (Sr++) и марганец (Mn++) также могут вносить вклад в жесткость (APHA et др. 1998). Однако вклад этих ионов обычно незначителен.

Твердость обычно указывается как эквивалент карбоната кальция (CaCO 3 ) и обычно классифицируется как мягкий, умеренно твердый, твердый и очень твердый. Лучше всего сообщать результаты как фактические эквиваленты CaCO 3 , так как включающие пределы классификации для каждой категории могут различаться между пользователями информации. Схема классификации, используемая Агентством по охране окружающей среды США (EPA), показана в таблице 1.

Источники щелочности и жесткости

Щелочность и жесткость воды в первую очередь зависят от 1) геологии района, где расположены поверхностные или подземные воды, и 2) растворения двуокиси углерода (CO 2 ) из ​​атмосферы. Ионы, ответственные за щелочность и жесткость, образуются в результате растворения геологических минералов в дождевых и грунтовых водах. Дождевая вода имеет естественную кислотность, что способствует более легкому растворению некоторых минералов. Поверхностные и подземные воды источников в районах с известняковыми образованиями особенно склонны к высокой жесткости и щелочности из-за растворения бикарбонатов и карбонатов.

Взаимодействие СО 2 с растворенными минералами описывается карбонатной системой. Карбонатная система описывает серию химических равновесий с CO 2(g) в атмосфере и различными бикарбонатами и карбонатами, растворенными в окружающих месторождениях полезных ископаемых. CO 2(г) легко растворяется в воде (уравнение 1). Растворенный CO 2(aq) реагирует с молекулами воды с образованием угольной кислоты (H 2 CO 3 *), которая очень нестабильна и быстро диссоциирует, давая H + и ион бикарбоната (HCO 3 — ) (уравнения 2 и 3). При рН = 6,3 количество растворенного в воде СО 2 равно количеству бикарбонат-иона (НСО 3 — ). Растворенный CO 2 преобладает при pH < 6,3. При более высоком pH HCO 3 — диссоциирует с образованием H + и карбонат-иона (CO 3 = ) (уравнение 4).

CO 2(г) ?CO 2(водн.) Экв. 1

CO 2(водн.) + H 2 O?H 2 CO 3 * Ур. 2

Уравнение 3

Уравнение 4

При pH 10,3 концентрация ионов бикарбоната равна концентрации ионов карбоната. СО 3 = доминирует при pH > 10,3, а HCO 3 — доминирует между pH 6,3 и 10,3. рН большинства природных вод находится в диапазоне от 6 до 9 из-за бикарбонатного буфера.

Взаимосвязь щелочности и жесткости

Щелочность и жесткость связаны через общие ионы, образующиеся в водных системах. В частности, противоионы, связанные с бикарбонатной и карбонатной фракциями щелочности, являются основными катионами, ответственными за жесткость (обычно Ca ++ и Mg++) (уравнения 3 и 4). В результате карбонатная фракция жесткости (выраженная в эквивалентах CaCO 3 ) химически эквивалентна бикарбонатам щелочности, присутствующим в воде (Burton Jr. and Pitt 2002) в областях, где вода взаимодействует с известняком (Timmons et al. 2002). Любая жесткость, превышающая щелочность, представляет собой некарбонатную жесткость.

Экологическое/управленческое значение

Щелочность

Щелочность важна, потому что она буферизирует pH воды в системе. Без этой буферной способности небольшое добавление кислот или оснований привело бы к значительным изменениям pH, что могло бы быть вредным для водных организмов. Щелочность также влияет на распределение некоторых организмов в водных системах. Например, большинство пресноводных видов амфипод обычно обитают в водах с низким и средним содержанием карбонатов, тогда как некоторые виды, такие как Gammarus lacustris , могут обитать в водах с высоким содержанием карбонатов (Pennak 19). 89).

Ассоциированные карбонаты и бикарбонаты, составляющие большую часть щелочности, могут также влиять на биодоступность и токсичность некоторых металлических загрязнителей окружающей среды и пестицидов по отношению к нецелевым и целевым организмам. Например, биодоступность нехелатных пестицидов на основе меди обычно снижается по мере увеличения щелочности из-за реакций меди с противоположно заряженными ионами бикарбоната/карбоната и конкуренции противокатионов за активные центры. Эффективность этих пестицидов на основе меди снижается по мере снижения биодоступности. По этой причине всегда обращайтесь к этикетке пестицида за конкретными инструкциями относительно щелочности подпиточной воды для смешивания пестицидов. Несоблюдение рекомендаций может привести к значительной трате материальных и человеческих ресурсов без каких-либо результатов в борьбе с вредителями.

Твердость

Кальций и магний необходимы для поддержки кальцификации структур скелета личинок и для поддержки только что оплодотворенной икры пресноводных рыб (Timmons et al. 2002). Кроме того, жесткость связана со снижением токсичности некоторых металлов для жаберно-дышащих организмов. Фактически, критерии качества воды Департамента охраны окружающей среды Флориды (FDEP) по содержанию меди в пресной воде классов I и III* основаны на жесткости воды с использованием следующего соотношения (уравнение 5):

Cu = e (0,8545[ln(твердость)]-1,702) Ур. 5

Смягчающие эффекты, вероятно, связаны с тем, что отдельные поливалентные катионы (например, Mg ++ , Ca ++ ) вызывают жесткость, а не жесткость как таковую (Burton Jr. and Pitt 2002). Некоторые из смягчающих эффектов могут быть связаны с образованием менее биодоступных гидроксидов и карбонатов металлов в результате связанного с этим повышения щелочности или из-за конкуренции поливалентных ионов жесткости за активные центры в организме (антагонистические эффекты).

Жесткость также может влиять на пригодность воды для промышленных целей. Жесткая вода часто является источником накипи, образующейся в водонагревателях и промышленных системах, где вода нагревается. Этот налет возникает в результате осаждения карбоната кальция, который становится менее растворимым в воде при повышении температуры (Snoeyink and Jenkins, 1980). В таких случаях воду обычно умягчают путем осаждения CaCO 3 или с помощью методов ионообменного умягчения.

* (Флорида признает пять назначенных видов использования общественных водных ресурсов: класс I — вода, используемая для питья, класс II — вода, используемая для производства моллюсков, класс III — вода, используемая для отдыха (например, плавания) и жизнеобеспечения на воде, Класс IV – вода, используемая в сельском хозяйстве, и класс V – вода, используемая для судоходства, бытовых и промышленных целей.Каждый вид водопользования имеет определенные стандарты качества, которые определяют, сохраняется ли целевое использование.)

Измерение

Ниже приводится краткое описание методов измерения щелочности и жесткости. Обратитесь к первоисточникам для получения более подробной информации о фактических процедурах (APHA et al. 1998; USEPA 1978ab).

Щелочность

Измерения щелочности основаны на титровании пробы воды до определенного значения рН с использованием разбавленной серной кислоты (0,1 N или 0,02 N H 2 SO 4 ) в качестве титранта и рН-метра для измерения рН ( Фигура 1). Один мл 0,1 N H 2 SO 4 эквивалентен 5 мг CaCO 3 и 1 мл 0,02 N H 2 SO 4 0 2 2 эквивалентен 1,0 мг CaCO 1,0 2 Величина щелочности, обусловленная гидроксидами, карбонатами и бикарбонатами, может быть определена путем измерения щелочности фенолфталеина и общей щелочности . Щелочность фенолфталеина измеряют титрованием до рН 8,3. Конечная точка для общей щелочности варьируется в зависимости от предполагаемого диапазона щелочности и предполагаемого присутствия силикатов и фосфатов. Для значений щелочности до 30 мг/л в виде CaCO 3 , рекомендуется конечная точка pH 4,9 (APHA et al. 1998). Конечные значения pH 4,6 и 4,3 рекомендуются для щелочности от 30 до 150 и от 150 до 500 мг/л как CaCO 3 соответственно (APHA et al. 1998). Если подозревается или известно присутствие силикатов и/или фосфатов, рекомендуется конечная точка pH 4,5 (APHA et al. 1998).

Фигура 1.
Бюретка для титрования, колба, мешалка и рН-метр, используемые для титрования до определенной конечной точки рН. Кредит: ПКВ.

Если pH-метр недоступен, можно использовать цветовые индикаторы, указывающие на достижение желаемого pH (рис. 2). В этом случае фенолфталеин используется для обозначения достижения рН 8,3, меняя цвет от окрашенного (розово-фуксия) при рН> 8,3 до бесцветного ниже рН 8,3. Для конечной точки общей щелочности можно использовать красители метиловый оранжевый или метиловый пурпурный. Метилоранж имеет оранжевый цвет при рН > 4,4 и становится красным при рН 3,1. Метиловый пурпур становится зеленым при рН выше 5,4 и становится фиолетовым при рН 4,8. Использование красителей не так точно, как использование рН-метра, о чем свидетельствуют диапазоны изменения цвета. Этот метод также требует большего опыта в распознавании едва заметных изменений цвета.

Фигура 2.
Пример изменения цвета индикаторного красителя фенолфталеина. Кредит: ПКВ.

Расчет

Общая щелочность может быть рассчитана с использованием двух разных уравнений (уравнения 6 и 7). К ним относятся:

Рисунок 3.

где,

A = мл стандартной кислоты, используемой для титрования пробы

N = нормальность стандартной кислоты

или

Рисунок 4.

где,

A = мл стандартной кислоты, используемой для титрования пробы

t = титр стандартной кислоты (мг CaCO 3 /1,00 мл титранта)

Советы по измерению

  • Откалибруйте pH-метр, следуя инструкциям производителя. Калибровочные стандарты должны ограничивать выбранную конечную точку рН.

  • Выдерживайте достаточное время между добавлениями титранта для стабилизации pH-электрода.

  • Уменьшайте объем добавляемого титранта по мере приближения к конечной точке pH.

  • Измерение при комнатной температуре.

  • Мыло, маслянистые вещества, взвешенные твердые частицы или осадки могут повлиять на чувствительность рН-электрода.

  • Очищайте pH-электрод между образцами.

  • Дополнительную информацию см. в публикации EDIS «Примечания о качестве воды: pH » (https://edis.ifas.ufl.edu/ss538).

Интерпретация

Вклад бикарбонатов, карбонатов и гидроксидов в общую щелочность можно рассчитать, используя отношения в таблице 2 для фенолфталеина (P) и общей (T) щелочности (APHA et al. 1998).

Твердость

Жесткость можно измерить титрованием или количественным определением концентраций отдельных ионов (Ca ++ и Mg ++ ), влияющих на жесткость. Количественное определение отдельных ионов является методом, предпочтительным для APHA et al. (1998). Ниже приведены краткие описания двух методов.

Титрование

Метод титрования основан на колориметрической реакции, происходящей после удаления из раствора всех ионов жесткости. Первоначально рН образца доводят до >10 с помощью буфера гидроксида аммония-хлорида аммония. Далее добавляют раствор индикатора (Эриохром Блэк Т или кальмагита). При pH 10 в присутствии Ca ++ и Mg ++ индикаторный краситель окрашивает образец в цвет красного вина. Далее, 0,01 M этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА) титруют в образец до тех пор, пока не произойдет изменение цвета. ЭДТА эффективно удаляет из раствора свободные ионы Ca ++ и Mg++. Когда все Ca ++ и Mg ++ будут удалены из раствора, цвет красителя изменится с винно-красного на синий. Объем титранта с ЭДТА, используемый для достижения конечного изменения цвета, используется для расчета жесткости по уравнению 8.

Рисунок 5.

где,

A = мл титранта с ЭДТА, использованного для достижения конечной точки изменения цвета образца

B = мг CaCO 3 эквивалентно 1,00 мл титранта ЭДТА

Советы по измерению

  • Весь процесс титрования должен быть завершен не позднее, чем через 5 минут после первоначального добавления буфера.

  • Титрование при комнатной температуре (образец и титрант).

  • Ионы некоторых металлов могут вызывать выцветание или нечеткость конечных точек. Их можно уменьшить с помощью различных ингибиторов. Проконсультируйтесь с APHA et al. (1998) подробнее.

  • Органические вещества (взвешенные или коллоидные) могут влиять на конечную точку. Эту проблему можно решить путем сушки образца, сжигания органических материалов и повторного растворения неорганических компонентов перед титрованием.

Твердость по расчету

С помощью методики расчета проводятся отдельные определения кальция и магния с использованием соответствующей аналитической методики. Твердость рассчитывается по уравнению 9.. Основным недостатком этого метода является необходимость сложного оборудования и возможность игнорировать другие минералы, вносящие вклад в твердость в необычных условиях.

Жесткость (в мг CaCO 3 /л) = 2,497•[Ca, мг/л] + 4,118•[Mg, мг/л] Ур. 9

Критерии качества поверхностных вод Флориды

FDEP отвечает за защиту качества государственных поверхностных водных объектов в отношении их целевого использования. Хотя критерии жесткости воды не указаны, критерии металлов основаны на жесткости воды. Критерии щелочности не установлены для класса II: разведение или добыча моллюсков и класс III – морские воды*. Щелочность не должна опускаться ниже 20 мг/л, так как CaCO 3 для пресных вод класса I и III и должно быть = 600 мг/л в виде CaCO 3 для сельскохозяйственных источников воды. Стандарты можно найти по адресу: https://www.flrules.org/gateway/RuleNo.asp?title=SURFACE%20WATER%20QUALITY%20STANDARDS&ID=62-302. 530.

Ссылки и рекомендуемая литература

Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA), Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA) и Федерация водной среды (WEF). 1998. Стандартные методы исследования воды и сточных вод, 20 -й -й изд. United Book Press, Inc. Балтимор, Мэриленд.

Бертон, Г. А., младший, и Р. Э. Питт. 2002. Справочник по штормовым эффектам: Набор инструментов для управляющих водоразделами, ученых и инженеров. Издательство Льюиса, Бока-Ратон, Флорида.

Pennak, RW 1989. Пресноводные беспозвоночные США , 3 rd ed. Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк.

Сноеинк, В. Л. и Д. Дженкинс. 1980. Химия воды . Джон Уайли и сыновья, Нью-Йорк. С. 220.

Timmons, M.B., J.M. Ebeling, F.W. Wheaton, S.T. Summerfelt, and B.J. Vinci. 2002. Рециркуляционные системы аквакультуры , 2 -е изд. . CAYUGA AQUA VENTURES, Итака, Нью-Йорк,

АООС США. 1978а. Метод № EPA: 310.1: Щелочность (титриметрический, pH 4,5) . Методы химического анализа воды и отходов (MCAWW) (EPA/600/4-79/020).

АООС США. 1978б. Метод № EPA: 130.2: Жесткость, общая (мг/л в пересчете на CaCO) (титриметрический, ЭДТА) . Методы химического анализа воды и отходов (MCAWW) (EPA/600/4-79/020).

Таблицы

Таблица 1.

Классификация жесткости воды (указывается как эквивалент CaCO 3 ), используемая Агентством по охране окружающей среды США (EPA 1986).

Вид

Таблица 2.

Оценка трех основных форм щелочности, присутствующих в воде: бикарбонатов, карбонатов и гидроксидов. P = фенолфталеиновая щелочность (как CaCO 3 ) и T = общая щелочность (как CaCO 3 ).

Вид

Сноски

1. Это документ SL 332, один из серии Департамента почвенных и водных наук, UF/IFAS Extension.