§ 36. ПОНЯТТЯ ПРО ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ ТА СПОСОБИ ЇЇ УСУНЕННЯ

Жорсткість води. Вивчаючи середні та кислі солі, ви ознайомилися із солями Кальцію та Магнію. Дослідженнями вод деяких морів, водоймищ і джерел виявлено, що в ній може бути надмірна кількість розчинних гідрогенкарбонатів, зокрема Кальцію та Магнію. Саме катіони Са 2+ і Mg 2+ створюють жорсткість води, що сягає до 10 ммоль у літрі води. У дощовій воді вміст цих сполук приблизно в 5 разів менший. Крім гідрогенкарбонатів, у жорсткій воді наявні й розчинні хлориди й сульфати Кальцію та Магнію.

Залежно від того, які солі наявні у воді, розрізняють два види її жорсткості (рис. 59).

Рис. 59. Види жорсткості води

Способи усунення жорсткості води. Найпростіший спосіб усунення тимчасової (карбонатної) жорсткості води — її кип’ятіння. Ви неодноразово бачили, як на внутрішній поверхні чайників утворюється вапняний накип. Це і є ті нерозчинні у воді карбонати, що випадають в осад за кип’ятіння.

Пригадайте взаємоперетворення карбонатів (§ 32) і складіть самостійно рівняння реакції перетворення кальцій гідрогенкарбонату на кальцій карбонат.

Подібно до того як перетворюється кальцій гідрогенкарбонат, під час кип’ятіння води відбувається перетворення магній гідрогенкарбонату на магній карбонат. Рівняння реакції:

Тимчасову (карбонатну) жорсткість можна усунути, якщо подіяти вапняним молоком Са(ОН)₂. Відбувається реакція:

Карбонати випадають в осад і під дією кальцинованої соди:

Вам відомо, що для прання використовують мило — натрієву сіль стеаринової кислоти. При додаванні мила до води відбувається реакція обміну катіонів Кальцію, що є у воді, на катіони Натрію, що містяться в милі. Унаслідок цього в осад випадає нерозчинний кальцій стеариноат, що призводить до надмірного використання мила під час прання. Рівняння реакції:

Уважно проаналізуємо всі рівняння реакцій та переконаємося, що в кожному разі гідрогенкарбонати перетворюються на карбонати, які виводяться з розчину, утворюючи нерозчинні карбонати.

Постійну (некарбонатну) жорсткість усувають дією кальцинованої соди. Рівняння реакцій:

Складіть самостійно рівняння реакцій усунення некарбонатної жорсткості води за наявності в ній кальцій та магній сульфатів.

Додаючи до води одночасно кальциновану соду й вапно, усувають і тимчасову (карбонатну), і постійну (некарбонатну) жорсткість.

Воду зм’якшують не тільки в побутових умовах, а й на великих підприємствах. Один із способів — використання йонообмінних смол, які містять катіони Натрію чи Калію, здатні обмінюватися на катіони Кальцію та Магнію.

Отже, суть процесу зм’якшення води полягає у виведенні з розчину катіонів Кальцію та Магнію, які спричиняють її жорсткість.

Вплив жорсткої води на здоров’я людини. Доведено, що висока концентрація йонів Кальцію та Магнію у воді впливає насамперед на шкіру та волосся. Мило не завжди повністю очищає воду, тому на шкірі залишаються рештки карбонатів. Вони забивають пори, погіршуючи дихання шкіри. Як наслідок, виникають подразнення, висипи, прищі, лупа.

Від жорсткої води псується волосся: воно стає ламким, випадає, з’являється лупа. Тому після миття волосся важливо сполоскувати його кип’яченою водою.

Потрапляючи в надмірній кількості в організм людини, сполуки Кальцію та Магнію призводять до появи каміння в нирках і сечівниках, порушують роботу серцево-судинної системи, жовчних проток та опорно-рухового апарату, на стінках кишечнику осідають шлаки тощо.

У домашніх умовах найефективнішим способом є використання фільтрів йонного обміну, які виробляє промисловість для побутового використання.

Використання жорсткої води спричиняє економічні затрати. На нагрівальних приладах осідає накип, що знижує електропровідність, а отже, зумовлює додаткове витрачання електроенергії. Унаслідок утворення накипу в парові котли та пральні машини можуть зламатися, з часом пристрої виходять з ладу.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Жорсткість води зумовлена наявністю в ній катіонів Кальцію та Магнію.

• Розрізняють тимчасову (карбонатну) і постійну (некарбонатну) жорсткість води.

• Тимчасова жорсткість зумовлена наявністю у воді розчинних кальцій та магній гідрогенкарбонатів: Са(НСО₃)₂, Mg(HCO₃)₂. Її усувають кип’ятінням або хімічним способом за допомогою вапняного молока чи кальцинованої соди.

• Постійна жорсткість зумовлена наявністю у воді інших солей Кальцію та Магнію, зокрема хлоридів і сульфатів. Її усувають дією кальцинованої соди:

• Жорстка вода негативно впливає на здоров’я людини, викликаючи захворювання шкіри й волосся, нирок, серцево-судинної системи, жовчних проток, опорно-рухового апарату.

• Використання жорсткої води призводить до економічних затрат.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Поясніть причину жорсткості води.
• 2. Назвіть відомі вам види жорсткості води та способи її усунення.
• 3. Для охолодження багатьох реакторів і двигунів використовують воду. Обґрунтуйте, чи можна для цього використовувати жорстку воду. Підтвердьте відповідь рівняннями реакцій.
• 4. Відомо, що вапняне молоко для зм’якшення води можна приготувати кількома способами. Запропонуйте варіанти його отримання й обґрунтуйте, який з них економічно найвигідніший.
• 5. Кальцій карбонат масою 20 кг розклали за нагрівання. Унаслідок реакції його маса зменшилася на 2,2 кг. Обчисліть масу кальцій карбонату, яка розклалася, і масу кальцій оксиду, що утворилася.
• 6. Кальцій гідрогенкарбонат кількістю речовини 0,2 моль піддали інтенсивному нагріванню. Обчисліть масу утвореного кальцій карбонату й об’єм карбон(IV) оксиду (н. у.), що утворилися.
• 7. Некарбонатну жорсткість води, у якій містився кальцій сульфат масою 1,36 г, усунули кальцинованою содою масою 2 г. Обчисліть маси солей, що утворилися внаслідок реакції.

Загальна жорсткість води та її рішення

Причиною появи так званої «жорсткості» води є наявність у її складі розчинених солей кальцію та магнію (сульфатів, хлоридів, карбонатів, гідрокарбонатів тощо). Також вода має показник «загальної лужності» – він також залежить від концентрації солей, але іншого складу, здебільшого вугільної кислоти (карбонатів, гідрокарбонатів) – це показник «м’якості» води

Надмірна жорсткість чи м’якість води, як врешті й використання дистильованої чи деіонізованої води, шкодить здоров’ю людини та має бути приведена до норми за складом й вмістом солей. Для того, щоб користуватися якісної води в побуті та на виробництві, варто знати про способи визначення й усунення солей, що спричиняють жорсткість води.

Попри те, що надмірна жорсткість є шкідливою з технічної точки зору та негативно впливає на надійність елементів водопровідних систем, насамперед вимірювальних приладів та регулюючої арматури, жорсткість має унормовуватися саме з огляду на санітарно-гігієнічні показники, виходячи із мети – збереження безпеки для здоров’я людей.

Всі вимоги для питної води визначені у Державних санітарних нормах та правилах України «Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною» (ДСанПіН 2.2.4-171-10, далі – Санітарні норми), що є обов’язковими для виконання органами виконавчої влади, місцевого самоврядування, підприємствами, установами, організаціями незалежно від форми власності та підпорядкування тощо. Але насамперед сам споживач має бути обізнаним, чи відповідає вода, яку він споживає через мережу водопостачання, нормам безпеки.

Терміни й визначення

У Санітарних нормах терміни вживаються у такому значенні:

Вода питна з оптимальним вмістом мінеральних речовин призначена для споживання людиною, має мінеральний склад, адекватний фізіологічній потребі організму людини.

Вода питна , призначена для споживання людиною (питна вода) – це вода, склад якої за органолептичними (колір, смак та запах), фізико-хімічними (концентрація солей, щільність, тощо), мікробіологічними (кількість шкідливих мікроорганізмів), паразитологічними (наявність гельмінтів та інших паразитів), а також радіаційними показниками (включно з концентрацією солей важких металів) відповідає вимогам державних стандартів та чинного санітарного законодавства (з водопроводу – водопровідна, фасована, з бюветів, пунктів розливу, шахтних колодязів та каптажів джерел), призначена для забезпечення фізіологічних, санітарно-гігієнічних, побутових та господарських потреб населення, а також для виробництва продукції, що потребує використання питної води.

Водневий показник (pH) – показник, що характеризує властивість води (кислотну чи лужну реакцію), зумовлену наявністю у ній вільних іонів водню.

Загальна жорсткість – показник, що характеризує властивість води, зумовлену наявністю у ній розчинених солей кальцію та магнію (сульфатів, хлоридів, карбонатів, гідрокарбонатів тощо).

Загальна лужність – показник, що характеризує властивість води, зумовлену наявністю у ній аніонів слабких кислот, головним чином вугільної кислоти (карбонатів, гідрокарбонатів).

Це означає, що не тільки жорстка вода, яка складається з великого обсягу мінералів Са й Mg, але й занадто м’яка вода може бути небезпечною для живих організмів. Недостатність солей може стати причиною кислотно-лужного дисбалансу в організмі, змінювати реологічні характеристики крові, а надлишок солей здатен спричинити розвиток захворювань внутрішніх органів.

Очищення питної води – спосіб підготовки питної води з метою поліпшення її показників безпечності та якості механічними, хімічними, фізичними та біологічними методами (освітлення, пом’якшення, знесолення, знезалізнення, знезараження тощо).

Підготовка питної води (водопідготовка, обробка) – технологічний процес, який здійснюється для доведення показників безпечності та якості питної води до рівнів гігієнічних нормативів.

Радіаційні показники – показники, що характеризують властивість води, зумовлену наявністю радіонуклідів.

Санітарно-токсикологічні показники – хімічні показники, що нормуються за санітарно-токсикологічною ознакою шкідливості згідно з класами небезпеки речовин.

Сухий залишок – показник, що характеризує кількість розчинених речовин, передусім мінеральних солей, в 1 дм 3 води.

Фізико-хімічні показники – фізичні чи хімічні показники, що нормуються за загальносанітарною чи органолептичною ознакою шкідливості.

Питна вода, що призначена для споживання людиною, повинна відповідати гігієнічним вимогам й бути безпечною в епідемічному та радіаційному відношенні, мати сприятливі органолептичні властивості та нешкідливий хімічний склад. Вміст у питній воді шкідливих речовин, не зазначених у Санітарних нормах, не повинен перевищувати їх граничнодопустимих концентрацій (ГДК), визначених санітарними нормами для поверхневих вод.

Вимоги до питної води

Вимоги до води централізованого питного водопостачання населення (водопровідна питна вода) полягають у наступному. Насамперед досліджуються мікробіологічні показники безпечності водопровідної питної води, наступні перевірки стосуються її фізико-хімічного складу. Треба зазначити, що природна якість води, що надалі потрапляє у водопровідну мережу, постійно змінюється в залежності від погодних умов, сезону та пори року.

В процесі знезараження водопровідної питної води визначаються залишкові концентрації реагентів. У разі знезараження води за допомогою хлору вміст залишкового вільного хлору у воді зазвичай має бути в межах 0,3-0,5 мг/дм 3 . За певних епідеміологічних умов вміст хлору може бути підвищений. Кількість вільного хлору впливає на фізико-хімічний склад води та змінює її поточні показники жорсткості та лужності.

Точні дані жорсткості води можна визначити в процесі проведення проб й аналізу індикаторних смужок, а також на спеціальних пристроях. Міжнародними одиницями виміру даного показника прийнято вважати моль/м 3 чи градус жорсткості °Ж [мг-екв/л]. Допустима норма солей для питної води дорівнює:

Структура води може бути м’якою, середньою чи з високим значенням жорсткості. Зазвичай сильно жорсткою вважають рідину, яку видобули з солоного мінерального джерела.

Загальна жорсткість води визначається за формулою:

де Ж_В – це карбонатна жорсткість (лужність), а Ж_м – некарбонатна жорсткість (див. табл. 1).

Таблиця 1. Граничний допустимий вміст солей у питній воді

Вміст деяких катіонів та аніонів у питній воді, які впливають на показники жорсткості та на її загальну безпечність, що унормований чинними в Україні санітарними нормами (ДСанПіН 2.2.4-171-10), зведено у табл. 2.

Таблиця 2. Санітарно-хімічні показники безпечності та якості питної води (витяг із Табл. 1 в ДСанПіН 2.2.4-171-10)

Як визначити жорсткість

Визначити, чи є вода жорсткою можна в лабораторних умовах, органолептичним методом й подеколи навіть візуально. У води з високим вмістом солей є деякі особливості:

• неприємна гіркуватість в післясмаку;
• жорстка вода та така, що містить багато заліза має деякий колір – жовтуватий чи білуватий;
• заварювання чаю відбувається набагато довше, ніж зазвичай;
• м’ясо, яке зварене в жорсткій воді, також стає жорстким;
• після висихання води можна побачити сольові відкладення на стінках посуду;
• в побутових приладах, які нагрівають воду, утворюється накип;
• накип та сольові відкладення можна бачити на кранах гарячої води та у мийках;
• після миття голови жорсткою водою на волоссі можна помітити білий наліт;
• мило, шампуні, порошки та миючі засоби погано утворюють піну та намилюються тощо.

Поява накипу у гарячій воді, отриманої з системи ГВП чи після нагрівання у посуді або в нагрівальних приладах, пояснюється насамперед тим, що солі, які надають жорсткість, після підвищення температури вище кімнатної, втрачають свою розчинність та випадають в осад (здебільшого це стосується солей Ca та Mg). Тому найпростіший спосіб зменшити жорсткість води до питного рівня – це кип’ятіння.

Щоб виміряти показник жорсткості, користуються

• медичними смужками (для визначення рівня водневого індексу pH чи рівня нітратів), які можна придбати в аптеці;
• експрес-тестами якості води для акваріума.

в лабораторіях чи на місті мобільними пристроями :

• солемірами;
• спектроаналізаторами;
• кондуктометрами (EC-метрами, що визначають рівень електропровідності) та іншими апаратами, за допомогою яких можна визначити не тільки жорсткість води, але й обчислити показник питомої теплопровідності, опору, тобто непрямо визначити фізико-хімічний склад води.

Цікаву та корисну послугу для побутових користувачів пропонує «СП УДТ» – «Зроби безкоштовний аналіз води» через свою мережу сантехмаркетів «Інсталятор»». Для цього треба набрати воду з водопроводу у чисту скляну чи пластикову тару під самий верх, (щоб не залишалося повітря). Протягом 2-3 годин з моменту набору цю воду треба привезти до одного з вказаних на сайті компанії сантехмаркетів «Інсталятор». Потім зачекати лише 20 хв. та дізнатися результат аналізу, чи відповідає ваша питна вода нормам. Результати аналізу цієї води будуть нанесені на карту.

Власне, побутовим споживачам варто розуміти, що навіть якщо вода після підприємства водогону, що готує питну воду, дотримуючись вимог та показників санітарних норм, пройде по доволі тривалому маршруту наших водомереж аж до квартири, вона насичується залізом, цинком, іншими металами, а також вимиває старі осади солей кальцію, магнію та мінеральні (часто-густо абразивні) контамінанти й навіть забруднення органічного походження, що потрапляють в труби після ремонту відтинків зовнішніх водопроводів тощо. Тобто вода, що доходить до квартири, може в кінцевому підсумку не відповідати нормам ані щодо жорсткості, ані щодо інших вимог безпеки, а відтак подекуди вже навіть не може вважатися питною.

Чим можна покращити якість води в побуті?

Сьогодні існує декілька способів усунення високої жорсткості води у побуті. В залежності від того, для чого саме та в якій кількості є потреба у воді питної якості, використовуються різні способі пом’якшення та очищення води.

Якщо є потреба в невеликій кількості чистої питної води для безпосереднього вживання, то водопровідну воду можна прокип’ятити. Після нагрівання деяка кількість солей випаде в осад, таким чином в чайнику утворюється накип. Після кип’ятіння смакові якості рідини зазвичай не покращуються; такий спосіб є вартісним з огляду на витрачену енергію – газ чи електрику. Можна використати фільтр-глечик із змінюваними спеціальними фільтр-патронами. Окрім того, що такий спосіб дає дуже малу кількість питної води на добу та годиться тільки для рідини з невисоким рівнем жорсткості, він спрацьовує лише тоді, коли правильно визначити тип фільтрувального патрона – для очищення від великого вмісту заліза, від солей магнію та кальцію, для простої фільтрації води від механічних нерозчинних забруднень тощо. Тобто використовувати фільтр-глечик навмання, без аналізу води, може виявитися щонайменше намарно.

Якщо вода готується для технічних потреб, наприклад, для прання, тоді можна дещо поліпшити рівень жорсткості та скористатися органічними кислотами (розчинами оцтової чи лимонної кислоти), які усунуть солі з води, але цей варіант для питної рідини не підходить. Воду для посудомийних, пральних машин можна пом’якшувати за допомогою спеціальних засобів типу Calgon. Хімікати даного типу категорично заборонено додавати в питну рідину, навіть якщо потім її прокип’ятити.

Найкращі та найрадикальніші результати дає використання спеціальних фільтрів, які встановлюються або на вході водопроводу у квартиру, або принаймні на точку розбору питної води – на кухні, див. рис. 1.

Рис. 1. Побутова установка для очищення та пом’якшення води

Фільтр із зворотним осмосом . Такий прилад допомагає ліквідувати солі та шкідливі домішки з води, й запобігає утворенню накипу на водопровідній арматурі та в побутовій техніці.

Проточний зм’якшувальний фільтр . Він вважається ефективним тільки при роботі з низькою та середньою жорсткістю води. Потребує регулярної заміни активного патрона.

Фільтр для усунення механічних забруднень . Цей пристрій мало впливає на жорсткість води, але разом з забрудненнями може видалити мілкі уламки накипу, що мігрує по трубах.

Що робити?

Українська компанія «СП УДТ» пропонує побутовим споживачам фільтри та аксесуари торговельної марки «AquaFilter – Вода для здоров’я»™ виробництва Польщі. Лінійка виробів для очищення та підготовки води в побуті «AquaFilter – Вода для здоров’я»™ відома в Україні з 1997 року й стала уособленням надійності в експлуатації, гарантії якості та якості очищення води в десятках тисяч квартир по всій Україні.

Пропозиція побутових фільтрів та систем пом’якшення води має широкий асортимент, ергономічний класичний дизайн. Компанія також пропонує системи фільтрів, картриджів та аксесуарів від MVGroup™, рис. 2.

Рис. 2. Побутові фільтри очищення та підготовки води від MVGroup

Фахівці компанії на основі лабораторного аналізу води запропонують найоптимальніший варіант розв’язання проблеми якості води в вашому помешканні.

Вода з високим показником жорсткості – доволі часте явище в нашому побуті, вона негативно впливає на людину, водопровідну арматуру, стан побутової техніки. На думку фахівців, найкращим способом пом’якшення води у побуті є використання фільтрів та спеціальних систем очищення води з урахуванням її фактичного фізико-хімічного складу.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі AW-Therm та корисні відео на Youtube-каналі. Долучайтесь!

Показник рівня рН води, жорсткість та температура

Основою якісної роботи пестицидів є вода і її показники, а це в першу чергу рН, жорсткість, а також час застосування робочого розчину та температура води.

Показник рівня рН води у природі (ставки, свердловина) коливається від 6,5 до 8.

Щоб знати яка у вас вода, то її умовно розподіляють три діапазони рН:

• рН 3,0-5,0 – кисла;
• рН 5,0-6,5 ‑ слабокисла;
• pН 6,5-7,5 – нейтральна;
• рН 7,5-8,5 – слаболужна;
• рН 8,5-9,5 ‑ лужна.

Більшість пестицидів негативно реагують на лужне середовище рН понад 7,5.

Тож для яких препаратів, яке рН?

• Сульфонілсечовини (Меркурій, ВГ, Канцлер ВГ, Крейсер, ВГ, Гурон, ВГ, Нікоміл, МС, Футурин, ВГ) ‑ рН трохи від вище 7
• Гліфосати (Вулкан, РК, Деліт, РК, Аболір, РГ) ‑ рН 3,5 -5,0
• Клопіралід (Легіон, ВГ), 2,4 Д (Сулам, Дікам Плюс), бентазон (Ефес), клетодим (Стилет), імідазолінони (Юпітер, Молтено, Хантер), триазини (Рейтар) ‑ рН 5,1-6,5.
• Всі інші (гербіциди, фунгіциди, інсектициди) ‑ рН 5,5–6,5 і до рН 7.

Отже, коли рН води вилазить за межі оптимального значення, то дія препарату може змінитися відносно шкідливого об’єкта, тому контроль рН води є важливим заходом.

Жорсткість води є важливим виміром після рН. Тобто, на якість води впливають іони кальцію і магнію чим більша їх концентрація, тим жорсткіша вода. Жорстка вода також впливає на баланс системи поверхнево-активних речовин а, отже, на такі познаки, як зволоження та дисперсія.

Більшість ЗЗР зменшують свою ефективність у разі використання жорсткої води з показником більше 400 ррm.

Тож, як класифікується вода за жорсткістю?

0-114 ppm ‑ м’яка; 114-342 ppm ‑ помірна жорстка; 342-800 ppm – жорстка; > 800 ppm ‑ дуже жорстка.

Наприклад, такі гербіциди, як гліфосат, 2,4-D амінна сіль, MЦПА диметиламінна сіль і клопіралід негативно реагують на жорсткість води більше 400 ppm. Тобто, іони діючої речовини на прикладі 2,4-Д можуть з’єднуватися з іонами кальцію і магнію, провокуючи випадання осаду, а це знижує концентрацію, підвищує ймовірність фітотоксичності на культуру, а також призводить до забивання форсунок обприскувача. Щодо гліфосатів – то вони піняться в такій воді, що характерно для півдня України.

Час для застосування робочого розчину пестицидів відносно рН води є важливим щодо дії препаратів. Так, наприклад період напіврозпаду діючої речовини хлорпірифос при рН 8 – 1,5дня. Тому, існують показники щодо рН води і часу застосування розчину:

– рН від 3,5 до 6,0 ‑ недовготривале зберігання (12-24 год). Не підходить для гербіцидів групи сульфонілсечовин.

– рН від 6,0 до 7,0 – для термінового використання для більшості пестицидів. Не залишати робочий розчин в обприскувачі більше ніж на 1-2 години, щоб уникнути втрат ефективності. Це є оптимальне рН води по фізіологічному впливу на рослину (фото 1).

– рН 7,0-8,0 ‑ використовувати відразу. Обов’язково потрібне підкислення води.

Температура – не менш важливий показник води. Під час змішування препаратів, температура розчину має коливається в діапазоні +12-16°С. Якщо ви берете воду з свердловин з температурою води нижче ніж 10°С, необхідно робити це мінімум за 12 годин, щоб вода могла прогрітися, оскільки препарати в такій воді погано розчиняються та змішуються з іншими в баку обприскувача чи змішувача.

Якщо ви не знаєте рН та жорсткість води у господарстві, наші спеціалісти радо допоможуть вам у визначенні цих показників і порекомендують, як зробити вашу воду придатною до використання в баковій суміші з пестицидами (0 800 20 42 42).

Фото 1. Оптимальні показники води (рН, жорсткість) для термінового застосування пестицидів