Vattnets hårdhet

Vattenhårdhet är en uppsättning kemiska och fysikaliska egenskaper hos vatten förknippade med innehållet av lösta jordalkalimetallsalter i det , främst kalcium , magnesium och järn (de så kallade hårdhetssalterna ).

Hårt och mjukt vatten

Vatten med hög salthalt kallas hårt , med lågt innehåll - mjukt . Termen "hård" i förhållande till vatten har historiskt utvecklats på grund av egenskaperna hos tyger efter att de har tvättats med tvål baserad på fettsyror - ett tyg som tvättas i hårt vatten är svårare att ta vid. Detta fenomen förklaras å ena sidan av sorptionen av kalcium- och magnesiumsalter av fettsyror av tyget, som bildas under tvättprocessen på makronivå. Å andra sidan har tygfibrer jonbytaregenskaper och, som ett resultat, förmågan att sorbera multivalenta katjoner på molekylär nivå. Det finns tillfällig (karbonat) hårdhet , på grund av kalcium- och magnesiumbikarbonater Ca (HCO 3 ) 2 ; Mg (HCO 3 ) 2 och konstant (icke-karbonat) hårdhet , orsakad av närvaron av andra salter som inte frigörs under kokande vatten: främst sulfater och klorider av Ca och Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2 ).

Hårt vatten torkar huden vid tvätt, det skummar inte bra när man använder tvål . Användningen av hårt vatten gör att sediment ( skala ) dyker upp på pannornas väggar, i rör etc. Samtidigt kan användningen av för mjukt vatten leda till korrosion av rör, eftersom det i detta fall inte finns någon syra - basbuffring , som tillhandahålls av kolkarbonat (tillfällig) hårdhet. Smaken av naturligt dricksvatten, såsom källvatten , beror just på närvaron och förhållandet mellan halten av olika hårdhetssalter.

Hårdheten i naturliga vatten kan variera inom ganska vida gränser och är inte konstant under hela året. Hårdheten ökar på grund av avdunstning av vatten, minskar under regnperioden, såväl som vid smältning av snö och is.

Måttenheter

För det numeriska uttrycket av vattnets hårdhet anges koncentrationen av kalcium- och magnesiumkatjoner i det . Den rekommenderade SI- enheten för att mäta koncentration är mol per kubikmeter (mol/m³), men i praktiken används hårdhetsgrader och milligramekvivalenter per liter (mg-eq/l) för att mäta hårdhet.

I Sovjetunionen, fram till 1952, användes hårdhetsgrader, som sammanföll med de tyska. I Ryssland användes ibland den normala koncentrationen av kalcium- och magnesiumjoner, uttryckt i milligramekvivalenter per liter (mg-eq/l), för att mäta hårdhet. En mekv/l motsvarar innehållet av 20,04 milligram Ca 2+ eller 12,16 milligram Mg 2+ per liter vatten ( atommassa dividerad med valens ).

Den 1 januari 2014 introducerade Ryssland den mellanstatliga standarden GOST 31865-2012 "Vatten. Styvhetsenhet " [1] . Enligt den nya GOST uttrycks styvhet i hårdhetsgrader (°F). 1 °F motsvarar koncentrationen av jordalkalielementet, numeriskt lika med 1/2 av dess millimol per liter (1 °F = 1 mg-eq/l).

Ibland anges koncentrationen per massenhet , inte volym , speciellt om vattnets temperatur kan ändras eller om vattnet kan innehålla ånga , vilket leder till betydande förändringar i densiteten .

I olika länder användes olika icke-systemiska enheter (ibland används fortfarande) - hårdhetsgrader.

Grad	Beteckning	Definition	Värde
Grad	Beteckning	Definition	°F	mmol/l
Deutsch	°dH (deutsche Härte), °dGH (grader av allmän hårdhet), °dKH (för karbonathårdhet)	1 del kalciumoxid (CaO) eller 0,719 delar magnesiumoxid (MgO) per 100 000 delar vatten	0,3566	0,1783
engelsk	°e eller °Clark	1 korn CaCO 3 till 1 engelsk gallon vatten	0,2848	0,1424
franska	°TH eller °F	1 del CaCO 3 per 100 000 delar vatten	0,1998	0,0999
amerikansk	ppm	1 del CaCO 3 per 1 000 000 delar vatten	0,0200	0,0100
amerikansk	gpg (korn per gallon)	1 korn CaCO 3 till 1 US gallon vatten	0,3420	0,1710

Beroende på storleken på den totala hårdheten särskiljs mjukt vatten (upp till 2 °F), medelhårdhet (2-10 °F) och hårt vatten (mer än 10 °F).

Hårdheten hos vatten från ytkällor fluktuerar avsevärt under året; den är maximal i slutet av vintern, minimum - under översvämningsperioden (till exempel är Volgavattnets hårdhet i mars 4,3 °F, i maj - 0,5 °F [2] ). I grundvatten är hårdheten vanligtvis högre (upp till 8-10, mer sällan upp till 15-20 °J) och förändras mindre under året.

Elimineringsmetoder

Att eliminera överflödigt vattenhårdhet är ett av stegen i vattenbehandlingen .

Termisk uppmjukning . Baserat på kokande vatten, som ett resultat, sönderfaller termiskt instabila kalcium- och magnesiumbikarbonater med bildning av beläggningar:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}{\xrightarrow[{}]{^{o}t))CaCO_{3}\downarrow +CO_{2}+H_{2}O }}

Kokning tar bara bort tillfällig (karbonat) hårdhet. Hittar tillämpning i vardagen.

Reagensmjukning . Metoden bygger på att tillsätta soda Na 2 CO 3 eller släckt kalk Ca (OH) 2 till vatten . I detta fall passerar kalcium- och magnesiumsalter in i olösliga föreningar och fälls ut som ett resultat. Till exempel leder tillsatsen av släckt kalk i omvandlingen av kalciumsalter till olösligt karbonat:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}\högerpil 2CaCO_{3}\downarrow +2H_{2}O))

Det bästa reagenset för att eliminera den allmänna hårdheten hos vatten är natriumortofosfat Na 3 PO 4 , som ingår i de flesta hushålls- och industripreparat:

{\mathsf {3Ca(HCO_{3})_{2}+2Na_{3}PO_{4}\högerpil Ca_{3}(PO_{4})_{2}+6NaHCO_{3))}

{\displaystyle {\mathsf {3MgSO_{4}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Mg_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow +3Na_{2}SO_{4))))

Ortofosfater av kalcium och magnesium är mycket dåligt lösliga i vatten, så de separeras lätt genom mekanisk filtrering. Denna metod är motiverad vid relativt hög vattenförbrukning, eftersom den är förknippad med lösningen av ett antal specifika problem: sedimentfiltrering, korrekt dosering av reagenset.

Katjonisering . Metoden är baserad på användningen av jonbytargranulär laddning (oftast jonbytarhartser). Sådan laddning, vid kontakt med vatten, absorberar katjoner av hårdhetssalter (kalcium och magnesium, järn och mangan). I gengäld, beroende på jonformen, ger det natrium- eller vätejoner . Dessa metoder kallas Na-katjonisering respektive H-katjonisering. Med en korrekt vald jonbytarbelastning minskar vattnets hårdhet med enstegs natriumkatjonisering till 0,05-0,1 °F, med tvåstegs - upp till 0,01 °F.

Inom industrin, med hjälp av jonbytarfilter, ersätts kalcium- och magnesiumjoner med natrium- och kaliumjoner, vilket ger mjukt vatten.

Omvänd osmos . Metoden bygger på att vatten passerar genom semipermeabla membran (vanligen polyamid). Tillsammans med hårdhetssalter avlägsnas även de flesta andra salter. Rengöringseffektiviteten kan nå 99,9%.

Det finns nanofiltrering (membranhålens villkorade diameter är lika med enheter av nanometer) och pikofiltrering (membranhålens villkorade diameter är lika med enheter pikometer). Nackdelarna med denna metod bör noteras:

behovet av preliminär beredning av vatten som tillförs membranet för omvänd osmos;
relativt hög kostnad för 1 liter producerat vatten (dyr utrustning, dyra membran);
låg salthalt i det resulterande vattnet (särskilt med pikofiltrering). Vattnet blir nästan destillerat .

Elektrodialys . Det är baserat på avlägsnande av salter från vatten under inverkan av ett elektriskt fält. Avlägsnande av joner av lösta ämnen sker på grund av speciella membran. Liksom vid användning av omvänd osmosteknik avlägsnas andra salter, förutom hårdhetsjoner.

Det är möjligt att helt rena vatten från hårdhetssalter genom destillation .

Klinisk betydelse

Konsumtion av hårt eller mjukt vatten är vanligtvis inte hälsofarligt, men ryska standarder indikerar att hög hårdhet bidrar till bildandet av urinstenar och låg hårdhet ökar risken för hjärt-kärlsjukdom något [3] .

Användning av hårt vatten för att mata och bada nyfödda ökar risken för atopisk dermatit och/eller eksem hos barn. Medelåldern för de första symptomen är 3 månader. Dessutom utlöser uppkomsten av eksem mekanismen för utveckling av autoallergi längs den "atopiska marschkedjan" - från eksem till matallergier och astma . [fyra]

Anteckningar