Tvrdost vody – určitá vlastnost vody, která je spojena s hořčíkovými a vápenatými sloučeninami v ní rozpuštěnými, to znamená přítomnost kationtů těchto prvků ve vodě (s rostoucí teplotou se soli těchto kovů srážejí a tvoří velmi odolné usazeniny) . Tvrdost vody do značné míry určuje vhodnost vody pro použití pro průmyslové i domácí účely. Jsme „vděční“ tvrdé vodě za výskyt vodního kamene.
Tvrdost vody se obvykle počítá jako součet milimolů iontů vápníku a hořčíku na 1 litr vody (mmol/l). 1 mmol/l odpovídá množství jakékoli látky v mg/l rovné její molekulové hmotnosti dělené její mocenstvím. Hodnota 1 mmol/l udává, že obsah 1 litru vody je 20,04 mg/l vápníku nebo 12,1 b mg/l hořčíku. Pro usnadnění se používá hodnota mEq/L, která odpovídá mol/m3. Kromě toho jsou v zahraničí široce používány jednotky tvrdosti jako německé stupně (do, dH), francouzské stupně (fo), americké stupně, ppm uhličitanu vápenatého.
Existují 2 typy tvrdost vody:
- dočasná – uhličitanová tvrdost, způsobená přítomností hydrokarbonátových aniontů spolu s vápníkem, hořčíkem a železem;
- konstantní – nekarbonátová tvrdost, charakterizovaná přítomností síranových, dusičnanových a chloridových aniontů, jejichž vápenaté a hořečnaté soli jsou dokonale rozpustné ve vodě;
- celková tvrdost je definována jako celková hodnota přítomnosti hořečnatých a vápenatých solí ve vodě, tedy součet uhličitanové a nekarbonátové tvrdosti.
Je zvykem třídit tvrdost vody takto:
- měkká voda – tvrdost 3,0 mEq/l nebo více
- průměrná tvrdost – od 3,0 do 6,0 mEq/l
- tvrdá voda – přes 6,0 mEq/ml.
Příčinou tvrdosti vody jsou podzemní ložiska vápence, sádrovce, dolomitu, které se rozpouštějí v podzemních vodách, a částečně i další procesy rozpouštění a zvětrávání hornin. V málo mineralizovaných vodách obvykle převažuje tvrdost vody způsobená vápenatými ionty (až 70%-80%) (i když v některých vzácných případech může tvrdost hořčíku dosáhnout 50-60%). Se zvýšením stupně mineralizace vody obsah vápenatých iontů (Ca2+) rychle klesá a zřídka překročí 1 g/l. Obsah iontů hořčíku (Mg2+) ve vysoce mineralizovaných vodách může dosáhnout několika gramů a ve slaných jezerech – desítky gramů na litr vody.
Obecně platí, že tvrdost povrchové vody je nižší než tvrdost podzemní vody. Tvrdost povrchové vody podléhá znatelným sezónním výkyvům, obvykle dosahuje nejvyšší hodnoty na konci zimy a nejnižší hodnoty při velké vodě, kdy je hojně ředěna měkkým deštěm a roztátou vodou. Mořská a oceánská voda má velmi vysokou tvrdost (desítky a stovky mg-ekv/dm3).
Přijatelnost tvrdosti vody pro pitné účely závisí na konkrétních místních podmínkách. Práh chuti pro vápenatý iont je v rozmezí 2-6 mEq/l v závislosti na odpovídajícím aniontu a práh chuti pro hořčík je mnohem nižší (v některých případech je přijatelná voda s tvrdostí 10 mEq/l ). Tvrdá voda má hořkou chuť a negativně ovlivňuje trávicí orgány, organoleptické vlastnosti vody jsou nízké.
Měkká voda s tvrdostí menší než 2 mEq/l má však nízkou vyrovnávací kapacitu a v závislosti na hodnotě pH a dalších parametrech může ovlivnit korozní aktivitu vodovodních potrubí (v tomto případě zvýšit jejich stabilitu a výkon). V topenářství se v některých případech provádí speciální chemická úprava vody za účelem dosažení optimálního a efektivního poměru mezi tvrdostí vody a její korozivností.
Změkčování vody
Změkčování vody nazývaný proces odstraňování Ca2+ a Mg2+ iontů. Celková tvrdost vody je dána celkovou ekvivalentní koncentrací vápenatých a hořečnatých iontů.
K číselnému vyjádření tvrdosti vody se ve většině případů používá mEq/L (miligramový ekvivalent na litr).
Podle stupně tvrdosti se voda dělí na měkkou (do 2 mEq/l), středně tvrdou (2–10 mEq/l) a tvrdou (nad 10 mEq/l).
Voda pro průmyslové účely (potravinářství, elektroenergetika) je čištěna od solí tvrdosti v souladu s normami a normami GOST pro tuto výrobu. Například pro výrobu vodky je maximální tvrdost stanovena na 0,2 mg-eq/l, pro výrobu šťávy – 0,7 mg-eq/l. Voda používaná v elektroenergetice vyžaduje hluboké odsolování. V takových případech se používá řetězec katexových a aniontových výměnných filtrů s následnou dekarbonizací a úplným odsolením na filtrech se smíšeným účinkem.
Používání vody zvýšené tvrdosti vede v domácích podmínkách k zarůstání topných těles topných kotlů a kotlů s uhličitany. Sami jste byli svědky tohoto procesu nejednou při odstraňování vodního kamene z konvice. Podle standardů WHO je optimální tvrdost pitné vody 1–2 mEq/l. Průměrná tvrdost pro Moskvu a Moskevskou oblast je přibližně 5 mEq/l. V důsledku toho je třeba naši vodu vyčistit od solí tvrdosti, nebo jinými slovy změkčit vodu.
Nejjednodušším a nejekonomičtějším způsobem odstranění solí tvrdosti je iontová výměna. Výkon jednotek je určen jejich velikostí a obsahem iontoměničové pryskyřice. Jako regenerační prostředek se používá 6–12% roztok chloridu sodného – kuchyňské soli. Při regeneraci protiproudem se výrazně zlepšuje kvalita regenerace. Regenerace může být provedena po určité době nebo po průchodu určitého množství vyčištěné vody.
Naši specialisté provádějí kompetentní výběr zařízení pro čištění a změkčování vody. Z rozboru vody se zjistí obsah solí tvrdosti, po kterém vám budeme schopni nabídnout přesně to zařízení, které je optimálně nejlepší.
Schéma zapojení a princip činnosti změkčovacího filtru
Zdrojová voda je přiváděna do filtru (1) k odstranění mechanických nečistot. Písek, částice rzi a další velké nerozpustné částice jsou v této fázi odstraněny, aby se snížilo riziko poškození regulačních ventilů změkčovače a také se snížila pravděpodobnost snížení efektivní kapacity iontoměničové pryskyřice.
Dále se voda posílá do fáze změkčování vody a dodatečného čištění od zbytkového železa. Filtr na změkčování vody se skládá z pouzdra (3) naplněného iontoměničovou pryskyřicí, automatické řídicí jednotky a nádrže na rozpouštědlo soli (2).
Změkčování vody na zařízení se provádí metodou iontové výměny na sodné kationtové pryskyřici. Částice iontoměničové pryskyřice jsou nerozpustné vysokomolekulární sloučeniny ve formě kuliček o průměru menším než milimetr. Přítomnost funkčních ionogenních skupin v molekulách pryskyřice určuje jejich schopnost vstupovat do výměnných reakcí s ionty roztoku. Když je zdrojová voda filtrována přes vrstvu iontoměničové pryskyřice, ionty vápníku a hořčíku přítomné ve vodě jsou nahrazeny sodnými ionty funkčních skupin pryskyřice.
Během provozu filtru se iontoměničová pryskyřice postupně nasytí ionty vápníku a hořčíku. Pro obnovení schopnosti pryskyřice změkčovat vodu je třeba pryskyřici regenerovat roztokem kuchyňské soli. Při regeneraci pryskyřice uvolňuje do roztoku nahromaděné vápenaté a hořečnaté soli a odebírá z roztoku soli sodné, čímž se vrací do původního pracovního stavu.
Tabletovaná kuchyňská sůl potřebná pro přípravu regeneračního roztoku se nachází v nádrži na rozpouštědlo soli
