Примечание
Единицы измерения
Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграммы эквивалента на литр (мг-экв/л).
В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для изме рения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграммах эквивалента на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca2+ или 12,16 миллиграмм Mg2+ (атомная масса делённая на валентность).
В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы — градусы жёсткости.
| Градус | Обозначение | Определение | Величина | |
| °Ж | ммоль/л | |||
| Немецкий | °dH (degrees of hardness), °dGH (German (Deutsche) Hardness), °dKH (для карбонатной жёсткости) | 1 часть оксида кальция (СаО) или 0.719 частей оксида магния (MgO) на 100 000 частей воды | 0,3566 | 0,1783 |
| Английский | °e | 1 гран CaCO3 на 1 английский галлон воды | 0,2848 | 0.1424 |
| Французский | °TH | 1 часть CaCO3 на 100000 частей воды | 0,1998 | 0,0999 |
| Американский | ppm | 1 часть CaCO3 на 1 000 000 частей воды | 0,0200 | 0,0100 |
По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж). (ранее до 7мм-экв/л, 7-9 – средн, больше 9 мм-экв/л - высокая
Жёсткость воды поверхностных источников существенно колеблется в течение года; она максимальна в конце зимы, минимальна — в период паводка (например, жёсткость волжской воды в марте — 4,3 °Ж, в мае — 0,5 °Ж [2]). В подземных водах жёсткость обычно выше (до 80-100 °Ж) и меньше изменяется в течение года.
Методы устранения
Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O.
Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.
Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 илигашёной извести
Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O
Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
3Ca(HCO3)2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaHCO3
3MgSO4 + 2Na3PO4 → Mg3(PO4)2↓ + 3Na2SO4
Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.
Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы натрияили водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж. В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.
Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %. Этот метод нашёл наибольшее применение в бытовых системах подготовки питьевой воды. В качестве недостатка данного метода следует отметить необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану.
Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.
Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.
· ГОСТ Р 52407-2005ГОСТ Р 52407-2005.doc (137 Кб)
Жесткость воды - это старое понятие, которое использовалось для характеристики содержания кальция и магния в воде. Существуют различные виды жесткости (общая жесткость, карбонатная жесткость и др.). В различных странах существуют различные определения этого понятия. Некоторые определения приведены в В.1 в качестве примеров
В.1 Определения
2.1 Жесткостью воды называется совокупность свойств, обусловленных концентрацией в ней щелочноземельных элементов, преимущественно ионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+).
2.2 Жесткость воды выражается в градусах жесткости (°Ж).
Градус жесткости соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля, выраженной в мг/дм3 (г/м3).
2.3 Жесткость воды °Ж, Ж, при раздельном количественном определении ионов щелочноземельных элементов вычисляют по формуле
Ж = Σ(Сi / Ciэ), (1)
где Сi - концентрация щелочноземельного элемента в пробе воды, мг/дм3 (г/м3);
Ciэ - концентрация щелочноземельного элемента, численно равная 1/2 его моля, выраженная в мг/дм3 (г/м3).
3 Соотношения национальных единиц жесткости воды, принятых в других странах, приведены в таблице А.1 приложения А.
