Tvrdost vody je jedním z nejdůležitějších kritérií, které určuje její spotřebitelské vlastnosti. Vytváření nerozpustných minerálních usazenin na vnitřním povrchu elektrických spotřebičů a průmyslových zařízení vede ke zhoršení jejich výkonnostních charakteristik. Pro hodnocení kvality vody byly stanoveny přijatelné limity.
Jak vznikají soli tvrdosti
Voda je univerzální rozpouštědlo. Složení přírodních zdrojů se utváří v závislosti na typu terénu. Voda s rozpuštěným oxidem uhličitým proniká do půdy, prochází vrstvami geologických hornin – sádrovec, dolomit, kalcit, eroduje je, obohacuje se o organické a minerální látky a kovové ionty. Tvoří celkovou mineralizaci vody (TDS).
Mezi nimi převažují kationty vápníku a hořčíku, jejichž celková hodnota udává celkovou tvrdost vody. Dělí se na dva typy:
- dočasné (karbonátové);
- konstantní (nekarbonátové).
Vzorec pro celkovou tvrdost je:
Uhličitanová tvrdost je způsobena přítomností hydrokarbonátů Ca(HCO3)2 a Mg(HCO3)2. Snadno se odstraňují z roztoku a při varu tvoří nerozpustnou sraženinu. Druhý typ tvrdosti určuje obsah rozpustných solí ve vodě, které nelze odstranit zahřátím. K odstranění trvalé tuhosti se používají různé metody, o kterých se budeme bavit dále v článku.
Na rozdíl od podzemních zdrojů obsahují povrchové vody méně solí, protože se neustále ředí srážkami. Úroveň tuhosti v nich není konstantní. Maximálních hodnot dosahuje v zimě a klesá během povodní. V podzemních vodách je tento ukazatel stabilnější.
Jednotky měření
Koncentrace soli se měří v miligramových ekvivalentech na litr: 1 mEq/l = 20,04 mg Ca2+ a 12,16 mg Mg2+. V mezinárodní soustavě SI je ukazatel vyjádřen číselně v molech na metr 3 (mol/m 3 ). U nás se používají stupně tvrdosti 1ºF = 1 mEq/l nebo 0,5 mmol/l.
Stupně tvrdosti se používají také v jiných zemích, ale liší se v číselných hodnotách:
- Německý stupeň tvrdosti 1ºdH = 10 mg/l CaO nebo 7,194 mg/l MgO;
- francouzský titul 1ºfH = 10 mg/l CaCO3;
- Angličtina 1ºClark = 14,254 mg/l CaCO3;
- Američan 1 gpg = 17,12 mg/l CaCO3.
Pro přechod na jiné jednotky měření je výhodnější použít jinou americkou jednotku – PPM, která se rovná 1 mg/l CaCO3. Odtud:
- 1°dH = 17,9 ppm;
- 1°fH = 10,0 ppm;
- 1ºClark = 14,25 ppm;
- 1º gpg = 17,1 ppm;
- 1ºF = 50,05 ppm.
Pomocí převodníku můžeme převést ppm na pro nás vhodné stupně tvrdosti ºJ. Chcete-li se pohybovat mezi stupni, můžete použít stupnici:
1 °C = 2,804 °dH = 3,5 °Clark = 5,005 °fH = 2,924 gpg = 50,05 ppm.
Normy závažnosti
Podle obecného parametru tvrdosti se voda rozlišuje:
- měkké – do 4 ºF;
- střední tvrdost – od 4 do 8 ºF;
- tvrdý – více než 8 ºF.
Rozmanitost přírodních podmínek v Rusku neumožňuje stanovit jednotné normy závažnosti pro všechny regiony. Maximální přípustná koncentrace (MAC) Ca 2+ se značně liší v závislosti na místních podmínkách.
Normy pitné vody se však příliš neliší od pokynů WHO (Světové zdravotnické organizace). Od 01.01.2014. ledna 31954 je u nás v platnosti GOST 2012-XNUMX jako národní norma. Bere v úvahu hlavní mezinárodní standardy pro kvalitu vody a metody analýzy. Norma platí pro všechny podzemní i povrchové zdroje.
Tabulka 1. Standardní hodnoty koncentrací vápníku a hořčíku v pitné vodě
| číslo | Normální dokument | produkt | Ca, mg/l | Mg, mg/l | Stupně, ºF |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | SanPin_2.1.4.1074-01, GN_2.1.5.1315-03 | Pitná voda | Nejsou regulovány | Nejsou regulovány | 7 |
| 2 | SanPin 2.1.4.1116-02 | Balená voda | 25-130 | 5 – 65 | 1,5-7 |
| 3 | standardy WHO | Pitná voda | 20-80 | 10 – 30 | Nenabízeno |
Složení vody je v závislosti na jejím účelu regulováno stupnicí tvrdosti:
- přípustná hodnota pro vodu z vodovodu je 300 ppm nebo 6 ºF;
- optimální hodnota pro přírodní nádrže je do 400 ppm nebo 8 ºF;
- maximální přípustná úroveň tvrdosti – 500 ppm, 10 ºF;
- koncentrace solí, která představuje nebezpečí pro život – více než 500 ppm, > 10 ºF.
Zvláště přísné požadavky jsou kladeny na vodu dodávanou do kotlů elektráren – ukazatel celkové tvrdosti nesmí překročit 0,05–0,1 mEq/l.
Jak vypočítat tvrdost doma
Zvýšená tvrdost není vyjádřena žádnými vnějšími znaky – vůně, barva, konzistence. Svědčí o tom:
- tvorba vodního kamene na dně konvice;
- špatná pěnivost detergentů;
- bílé skvrny na sprchové hlavici v koupelně.
Přesné složení vody lze určit pouze analýzou. Ale i doma existuje jednoduchý způsob, jak určit tvrdost kohoutkové vody s malou chybou 1–2 stupně.
K pokusu budete potřebovat: kousek mýdla na prádlo, malé množství destilované vody, elektronické váhy, nádobu, válcovou sklenici, pravítko.
- 1 g pracího mýdla nastrouhejte najemno a rozpusťte ve 3-4 lžících mírně ohřáté destilované vody. Pokud nemáte po ruce kuchyňskou váhu, můžete použít oko – půl lžičky bez vršku.
- Do sklenice s mýdlovým roztokem přidejte destilovanou vodu tak, aby výška sloupce kapaliny odpovídala procentuálnímu obsahu mastných kyselin uvedenému na kostce mýdla. Pokud 72 %, pak by výška vodního sloupce měla být 72 mm od dna sklenice, ale ne od povrchu stolu.
- Naplňte nádobu 0,5 litru vody z vodovodu a za mírného míchání do ní tenkým proudem nalijte mýdlový roztok. Nejprve se ve vodě objeví vločky a bublinky, poté perzistentní bílá pěna. Znamená to, že všechny soli jsou již navázány.
Počet centimetrů vodního sloupce nalitého do nádoby můžete vypočítat odečtením výšky zbývajícího mýdlového roztoku od originálu:
- hп— výška sloupce nalévaného roztoku;
- hи – výška vodního sloupce výchozího mýdlového roztoku;
- hо – výška sloupce zbytkového mýdlového roztoku.
Každý centimetr roztoku nalitý do nádoby odpovídá 2ºdH. Hodnota je stejná jako německá jednotka tvrdosti. Například nalité ze sklenice 4,6 cmto odpovídá 9,2 dH.
Pro převod získaných výsledků na mEq/l můžete použít tabulku a pro přesný výsledek – kalkulačka.
| číslo | Stupně dH | Úroveň tvrdosti | Ukazatel v mEq/l |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 – 4 | Velmi měkké | Do 1,4 |
| 2 | 5 – 11 | Měkká | 1,8 – 4,0 |
| 3 | 12 – 22 | Průměr | 4,3-8,0 |
| 4 | 22 – 34 | Tvrdý | 8,0-12 |
| 5 | Více 34 | Velmi tvrdý | Nad 12 |
Přesnější výsledek můžete získat pomocí elektronických testerů, jako je TDS-3. Analyzují vodu na tvrdost a kyselost a výsledky zobrazují na obrazovce ve formě PPM nebo pH. Jednotky PRM můžete převést na ºJ pomocí kalkulačky. 
Pokud chcete získat podrobnou analýzu vody ve studni nebo studni, můžete to provést pomocí sady „Well-1“. 
Dalším jednoduchým a levným způsobem, jak zjistit kvalitu vody, jsou testovací proužky. 
Vliv vody
Na lidském těle
Dodnes neexistují žádné seriózní studie potvrzující škodlivé účinky tvrdé vody na živý organismus. Ale je známo, že dlouhodobá konzumace vody se zvýšenou úrovní tvrdosti přispívá k rozvoji urolitiázy. Tělo nemá čas odstraňovat přebytečné stopové prvky, což vede ke vzniku močových kamenů, ledvinových kamenů a usazenin v kloubech. Hygienický význam má také kvalita vody. Mýdlo, které reaguje se solemi vápníku a hořčíku, ničí ochrannou vrstvu pokožky a způsobuje podráždění nebo alergie. Vlasy se stávají suché a lámavé. Vápník a hořčík jsou zároveň důležitými mikroelementy pro lidský život:
Nedostatek těchto prvků může způsobit vážné poruchy v těle. Podle studií provedených WHO bylo zjištěno, že konzumace příliš měkké vody vede k vyplavování solí z těla a ke změně rovnováhy voda-sůl. V oblastech, kde se spotřebovává měkká voda:
- nárůst kardiovaskulárních onemocnění;
- zvýšení počtu zlomenin u dětí a snížení hmotnosti novorozenců.
WHO uvádí, že přítomnost solí ve vodě by měla být považována za nezbytnou podmínku pro normální fungování těla.
Pro vybavení
Soli tvrdosti způsobují mnoho problémů spojených s používáním domácích spotřebičů a průmyslových zařízení:
- vrstva vodního kamene, která se tvoří na stěnách praček a myček, vede k předčasnému selhání;
- kohoutky a sprchové hlavice se ucpávají vodním kamenem;
- nedostatečné napěnění pracího prášku vede k jeho nadužívání;
- potrubí a topné články pokryté vodním kamenem zvyšují spotřebu energie a selhávají;
- vysrážené soli snižují propustnost potrubí ve vodovodních systémech a snižují tlak vody;
- nerozpustné sloučeniny na stěnách radiátorů se stávají silným tepelným izolantem a snižují jejich přenos tepla.
Příliš měkká voda má negativní vliv na zařízení a zvyšuje riziko koroze potrubí v důsledku nízké alkality. Proto je nutné udržovat správnou rovnováhu složení voda-sůl.
Způsoby změkčování vody
Existují různé způsoby, jak snížit tvrdost. Volba je určena v závislosti na výchozí kvalitě vody, jejím účelu a podmínkách použití.
Tepelná metoda
Vaření je nejjednodušší a nejdostupnější způsob, jak eliminovat uhličitanovou tvrdost. Je vhodný pro malé objemy vody, které se používají pro domácí účely. Tato metoda však neodstraní všechny soli tvrdosti a nádobí bude muset být zbaveno vodního kamene.
filtrování
Není to tak dávno, co filtr na změkčování vody představoval působivou instalaci. Moderní technologie a materiály umožnily vytvořit kompaktní čisticí systémy, díky nimž je voda měkká a snadno se vejde pod kuchyňský dřez. Vyměnitelné filtrační patrony kromě změkčování vody odstraňují pachy a nečistoty. Správný výběr filtrů a včasná výměna zaručují vysoce kvalitní čištění vody z vodovodního systému, studny nebo studny. Jedním z moderních komplexních systémů jsou Bariérové filtry.
Chemické metody
Pro vysrážení solí tvrdosti se do vody přidávají speciální činidla – hašené vápno, soda, polyfosfáty. Metoda je účinná pro průmyslové použití. Jeho hlavní nevýhodou je nutnost dalšího nakládání s odpady. Voda po takové úpravě je nevhodná pro potravinářské účely.
Iontová výměna
Filtrace přes iontoměničové pryskyřice se úspěšně používá v průmyslu. Princip je založen na nahrazení kationtů kovů alkalických zemin ionty sodíku a vodíku v koloně s jemnozrnným ložem. K regeneraci použité pryskyřice se používá roztok kuchyňské soli. Při změně stupně tvrdosti vody je nutná ruční úprava nastavení.
Fyzikální metody
Tyto metody jsou založeny na procesech elektrodialýzy, ultrazvuku a elektromagnetických pulzů. Soli tvrdosti jsou převedeny do modifikovaného stavu, ve kterém nekrystalizují do pevné sraženiny, ale tvoří nestabilní sloučeniny. Použití ultrazvukových a elektromagnetických vln navíc podporuje odlupování stávajícího vodního kamene.
Membránová metoda
Tato metoda čištění má jiný název – reverzní osmóza. Voda pod vysokým tlakem prochází filtrem s mikroskopickými buňkami a je zcela očištěna od chemických nečistot, suspendovaných částic a bakterií. Kvalita výsledné vody se blíží destilované. Pro jeho použití je nutná další mineralizace. Nevýhodou této metody je její vysoká cena.
Celkový
Při posuzování kvality vody je důležité vzít v úvahu nejen úroveň tvrdosti a pravděpodobnost tvorby vodního kamene, ale také korozivitu. Správné posouzení vám umožní vybrat účinný soubor opatření pro úpravu vody.
