Jak zjistit, zda je voda tvrdá?

Tvrdost vody odráží množství minerálních látek rozpuštěných ve vodě a do značné míry i vápníku a hořčíku. V závislosti na koncentraci rozpuštěných minerálů lze vodu v různé míře klasifikovat jako „měkkou“ nebo „tvrdou“ (obr. 1).

Klasifikace	CaCO3 (mg/l)
Měkká	≤ 60
středně těžké	61 – 120
Tvrdý	121 – 180
Velmi tvrdý	> 180

Jak zjistit, jak je voda tvrdá.

Pokud je úroveň tvrdosti dostatečně vysoká, aby mohla být považována za „tvrdou“ vodu, můžete pociťovat účinek při použití mýdla. Vysoké hladiny vápníku a dalších rozpuštěných minerálů přítomné v tvrdé vodě reagují s mýdlem za vzniku méně pěny, což snižuje celkovou účinnost čističe a nakonec tvoří usazeniny známé jako „mýdlové pěny“. Pokud jste někdy myli nádobí a všimli jste si přítomnosti skvrn a/nebo filmů po mytí a sušení, chápete, jaký estetický dopad může mít tvrdá voda na proces čištění. Při zahřívání tvrdé vody je však pravděpodobnější, že se tyto rozpuštěné minerály vysrážejí. Nejčastějším pachatelem je uhličitan vápenatý (CaCO3), který může potenciálně způsobit nákladné mechanické problémy uživatelům vody v průmyslu i domácnostech. Tyto usazeniny se často nazývají „vodní kámen“; vodní kámen může zvýšit náklady na ohřev vody a snížit účinnost a životnost elektrických ohřívačů vody a dalších zařízení. CaCO3 se také může hromadit v potrubí, snižuje tlak a způsobuje ucpání. Proto se měření tvrdosti vody běžně provádějí při úpravě vody a průmyslových aplikacích na bázi vody, jako je pitná voda, odpadní voda, kotle a chladicí věže.

Vápník a hořčík jsou klíčovými hráči

Při testování tvrdosti vody jsou vápník a hořčík dvě složky používané k určení celkové tvrdosti vody, protože obě jsou hlavními ovlivňujícími faktory. Výsledky tvrdosti jsou vyjádřeny v miligramech CaCO3, což odpovídá celkovému množství vápníku a hořčíku přítomných v jednom litru vody, neboli mg/l CaCO3.

Jak otestovat tvrdost vody?

Titrace je zlatým standardem pro měření tvrdosti vody, kde jsou vápník a hořčík v komplexu s titrantem, EDTA. Při provádění této titrace pomocí automatického potenciometrického titrátoru existují dva různé způsoby kontroly této reakce:

(1) pomocí kalciové iontově selektivní elektrody (ISE) nebo

(2) fotometrická elektroda.

Výběr elektrody je založen na celkovém účelu měření a preferencích uživatele, přičemž obě metody mají svá pro a proti (obrázek 2). Níže se blíže podíváme na rozdíly mezi těmito dvěma metodami, abychom vám pomohli určit, která je pro vaši aplikaci vhodnější.

Metoda využívající vápníkovou iontově selektivní elektrodu (ISE)

V přítomnosti TRIS pufru lze kalciovou iontově selektivní elektrodu ISE použít ke stanovení vápníku i hořčíku v jediné titraci. Jakmile je titrace dokončena, výsledky se automaticky vypočítají pro celkovou tvrdost, tvrdost vápníku a tvrdost hořčíku. To umožňuje použití jednoho vzorku pro všechny tři analyty, z čehož mají uživatelé prospěch s vysokou propustností vzorků. Tato metoda však vyžaduje mírně vyšší počáteční a opakované náklady na potřebné materiály a zásoby; Cena selektivní elektrody pro vápníkové ionty (ISE) se v průměru pohybuje mezi 800 a 1000 XNUMX USD. Navíc ISE vyžaduje více času na přípravu a údržbu elektrod, takže křivka učení je strmější pro ty, kdo neznají iontově selektivní elektrody.

Obrázek 3. Titrace dvou ekvivalenčních bodů (EQP) metodou ISE s vápníkem, kde EQPT 1 (7,528 ml) označuje tvrdost vápníku a EQPT 2 (1,682 ml) označuje tvrdost hořčíku.

Fotometrická elektrodová metoda

Podle standardních testovacích metod pro přírodní vodu a odpadní vodu lze celkovou tvrdost a tvrdost vápníku určit pomocí barevného indikátoru, kde tvrdost hořčíku se vypočítá odečtením, jak je uvedeno v (1):

Tvrdost hořčíku = Celková tvrdost (titrace č. 1) – Tvrdost vápníku (titrace č. 2) (1)

V přítomnosti indikátorového barviva změní testovací roztok barvu, což signalizuje konec titrace. Indikátorová barviva se používají při manuálních titracích tvrdosti a lze je použít i při automatických titracích pomocí fotometrické elektrody. Tam, kde je manuální titrace často ovlivněna lidskou chybou (v důsledku subjektivního stanovení konečného bodu barvy), automatická titrace tuto subjektivitu eliminuje pomocí elektrody k detekci změny barvy.

S uvedením aplikovaných fotometrických elektrod Hanna Instruments je toto alternativní snímání barevných indikátorů dostupnější a dostupnější než kdy dříve. Vytvořením čtyř různých fotometrických elektrod s různými vlnovými délkami společnost Hanna Instruments výrazně snížila náklady na fotometrické snímání, což umožnilo zakoupit jednu elektrodu s vlnovou délkou za přibližně 400 USD, na rozdíl od zbytečné elektrody s více vlnovými délkami, která stojí více než 3000 XNUMX USD. Fotometrické elektrody vyžadují minimální údržbu a výrazně snižují průběžné náklady, zatímco pro zákazníky, kteří v současné době testují pomocí manuálních titrací, lze stávající postupy a činidla snadno převést na automatizaci. Stanovení všech složek tvrdosti pomocí této metodiky však vyžaduje dvě samostatné titrace (a tedy dva samostatné vzorky). Pro některé to může být problematické při vysokovýkonném zpracování nebo při omezení malými objemy vzorků.

Obecná tvrdost
pH 10-12
Barevný indikátor #1

Krátká recenze

Abychom to shrnuli, při zkoumání možností vnitřní automatizace řízení tvrdosti vody je důležité zvážit prostředky a cíle:

• Provádíte v současné době vlastní manuální titrace a dáváte přednost omezení změn v postupu?
• Máte vysokou propustnost (>25) vzorků za den?
• Kolik času bude vyhrazeno na denní testy?
• Vyžaduje naprostá většina vzorků celkovou tvrdost, stejně jako tvrdost vápníku a hořčíku?
• Jaké je technické zázemí těch, kdo testy spravují?

Odpovědí na tyto otázky budete lépe připraveni určit, která metodika je pro vaši organizaci nejvhodnější.

Tvrdost pitné vody je jednou z kvalitativních charakteristik vody, která je dána přítomností solí dvou kovů alkalických zemin – vápníku a hořčíku ve vodě. Tvrdost je důležitá pro posouzení kvality jakékoli používané vody, technické, pitné a vody používané pro potřeby průmyslových podniků s danými vlastnostmi. Největší vliv na úroveň tvrdosti vody má množství kationtů vápníku a v menší míře hořčíku. Kationty stroncia, železa a manganu také ovlivňují tvrdost vody, ale jejich podíl na celkové tvrdosti vody je tak malý, že v praxi jsou jejich hodnoty obvykle opomíjeny.
Celková tvrdost je dána součtem dočasné a trvalé tvrdosti vody. Stálá tvrdost vody – vápenaté a hořečnaté soli kyseliny chlorovodíkové, sírové, dusičné, tzn. silné kyseliny. Soli takové tvrdosti se ve vodě při varu nesrážejí a nekrystalizují ve formě vodního kamene. Dočasná tvrdost vody je indikátorem přítomnosti uhličitanů a hydrogenuhličitanů vápenatých a hořečnatých ve vodě, které se při varu a hodnotách pH vyšších než 8,3 téměř úplně vysrážejí do vločkovitého sedimentu, krystalizují ve formě vodního kamene nebo tvoří film. na hladině vody. Jak se vápenaté a hořečnaté soli dostávají do přírodní vody, protože voda, která padá ve formě srážek, jako voda z taveniny, neobsahuje soli? To se děje následujícím způsobem: voda je nasycena solemi obsaženými ve vápencích, sádrovci a dolomitech ležících ve vrstvách země. To je hlavním zdrojem těchto solí. Kromě toho může zvětrávání hornin ovlivnit i uhličitanovou tvrdost vody. Podle metod pro stanovení tvrdosti vody pomocí hydrochemie se uvažuje:

1. 0-4 mEq/l – měkká voda
2. 4-8 mEq/l – střední tvrdost
3. 8-12 mEq/l – tvrdá voda
4. Více než 12 mEq/l – velmi těžké

Jedná se o posouzení celkové mineralizace vody, ale pro pitnou vodu ruský SanPiN určuje maximální přípustné koncentrace 0-7 mEq/l.

Odborníci v oblasti filtrace běžně rozdělují tvrdost pitné vody takto:

1. 0-1,5 mEq/l – měkká voda
2. 1,5-2 mEq/l – optimální pitná voda
3. 2-5 mEq/l – tvrdá voda
4. 5-7 mEq/l – ultra tvrdá voda
5. Více než 7 mEq/l není pitná voda, mimo doporučené hodnoty.

Přírodní vodu lze rozdělit na povrchovou a podzemní.

Povrchová voda má obvykle nižší tvrdost, protože je do značné míry ředěna srážkovou a tavnou vodou. To také vysvětluje skutečnost sezónních změn v ukazatelích celkové tvrdosti povrchových vod.

Složení podzemní vody je stálejší a má obvykle vyšší hodnoty celkové tvrdosti než voda povrchová.

Pitná voda musí mít optimální složení z hlediska množství solí tvrdosti.

Příliš mnoho soli – riziko urolitiázy, onemocnění kostí, kloubů. Příliš málo solí – soli se z těla vyplavují, kosti jsou křehčí, zvyšuje se riziko onemocnění kloubů a cév.

Podle některých výzkumníků se v regionech s nižší tvrdostí vody zvyšuje i riziko kardiovaskulárních onemocnění. Potvrzují to statistiky pro evropské země a Severní Ameriku a studie v ruských regionech s různými průměrnými hodnotami tvrdosti vody.

Tvrdá voda také tvoří vodní kámen, což vede ke snížení životnosti domácích spotřebičů, předčasnému opotřebení zařízení na ohřev vody a poškození vodovodního zařízení.

Voda s tvrdostí nižší než dva mEq/l bude mít pravděpodobnější korozivnější účinek na vodovodní potrubí než tvrdší voda, protože má nižší alkalitu.

Proto je v řadě případů, zejména v tepelné energetice, někdy nutné dávkovat uhličitanovou tvrdost vody, aby bylo dosaženo optimální rovnováhy mezi korozivností vody, její hodnotou pH a obsahem vápníku a hořčíku.

V současné době řada odborníků s odkazem na údaje WHO tvrdí, že dostupné statistiky nám neumožňují jednoznačně považovat měkkou a tvrdou vodu za nebezpečnou lidskému zdraví. A přesto dostupná data potvrzují závislost rovnováhy vody a soli v lidském těle na těchto faktorech a nedostatek normativní důkazní základny na úrovni Světové zdravotnické organizace není důvodem k zavírání očí nad kvalita pitné vody z hlediska kvantitativních ukazatelů solí tvrdosti – vápenatých a hořečnatých solí.