Ещё раз о жесткости воды

Модератор: Ancistrus

Ответить
Участники темы
3
2
2
1
1
Аватара пользователя
Leo Angel
Житель форума
Житель форума

Ещё раз о жесткости воды

#1

Сообщение Leo Angel »

Ещё раз о жесткости воды...

 

Захотелось немного освежить в памяти вопросы, связанные с основными параметрами воды. В данном случае с жёсткостью.
Навеяно этим, этим и этим.



 

Важными аспектами качества воды являются общее солесодержание и жесткость. Эти показатели влияют на органолептичекие свойства питьевой воды и, в случае высокой жесткости, на пригодность воды для использования в хозяйственно-бытовых целях.

Общее содержание растворимых твердых веществ (ОСРТВ).
Общее солесодержание включает неорганические соли (в основном кальций, магний, калий, натрий, бикарбонаты, хлориды и сульфаты) и небольшое количество органических веществ, которые растворяются в воде. ОСРТВ в питьевой воде может обуславливаться природными источниками, сточными водами, городским ливневым стоком или сбросом, а также промышленными сточными водами.

Соль, используемая в некоторых странах для борьбы с обледенением дорог, также может влиять на общее содержание растворенных твердых веществ в питьевой воде.
Концентрации ОСРТВ в воде существенно варьируют в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов.
Присутствие высоких уровней ОСРТВ в питьевой воде может вызвать неприятные ощущения у потребителей.

Жесткостью называют совокупность свойств воды, обусловленных наличием в воде растворимых солей кальция и магния.
Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок.
Одновалентные катионы (например, натрий Na+, К +) таким свойством не обладают. Вклад других двухвалентных катионов в жесткость воды, как правило, не значителен.

Виды жесткости.
Различают следующие виды жесткости.
Общая жесткость определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты (Н2СО3) и выпадением в осадок карбоната (СаСО3) кальция и гидроксида магния (Mg(OH)2).
Некарбонатная жесткость обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).
Встречается вода, в которой значение карбонатной жесткости обуславливается содержанием карбоната натрия или калия. В таких случаях карбонатная жесткость может превышать значения некарбонатной жесткости, что приводит в недоумение многих аквариумистов. Поэтому корректней карбонатную жесткость (КН) называть показателем щелочности.
Оптимальное значение карбонатной жесткости для аквариума с растениями лежит в интервале КН 3-6. Со временем вода в аквариуме подкисляется, поэтому КН в старых аквариумах может быть выше указанного.

Происхождение жесткости.
Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников - из справочника "Гидрохимические показатели состояния окружающей среды" и учебника для вузов "Водоподготовка". A две - из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.


 

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах - десятков граммов на один литр воды.
В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Сравнение принятых норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии):


 

Таблица перевода единиц и градусов жесткости воды:


 

Некоторые уточнения к таблице:
- перевод единиц жесткости воды в пересчете по кальцию. Можно пользоваться вне зависимости от реального состава жесткости.
- американские градусы жесткости воды, внимание тут два пункта: gpg = Grains per Gallon: 1 гран (0.0648 г) CaCO3 в 1 американском галлоне (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО3 - это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
- американский градус = ppmw = mg/L = American degre: 1 часть CaCO3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO3
- английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 гран (0.0648 г) в 1 английском галлоне (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO3
- французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO3
- немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = "немецкая жесткость" может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция – СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния – MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO
- русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO3 or 20.04 мг/л Ca2+
ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO3 или 40.08 мг/л Ca2+

Влияние жесткости на качество воды.
С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жестко-стью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Умягчение воды.
Устранение жесткости воды - умягчение, в современной водоочистке, как правило, достигается одним из следующих способов:
- ионный обмен;
- обратный осмос;
- термоумягчение;
- реагентное умягчение;
- электродиализ.

При ионном обмене происходит замена ионов кальция и магния на ионы натрия (реже водорода). Общее солесодержание при этом не уменьшается, а даже увеличивается(!), так как ионы кальция и магния двухзарядные и, следовательно, вместо одного иона «жесткости» в воду переходит два одновалентных иона натрия. При этом могут меняться вкусовые свойства воды.

При использовании обратного осмоса снижается общее солесодержание. Из воды удаляются практически все ионы - и катионы и анионы. Исключение составляют лишь некоторые ионы, например, нитрат-ион. Его содержание уменьшается обычно лишь на 50-70%.

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.

Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

 

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной 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:


 

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:


 

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.

Удаление избыточной жесткости в быту.
Кроме методов изменяющих химический состав раствора в процессе умягчения, существуют способы «маскировки» жесткости воды. Они основаны на добавлении в воду веществ, предотвращающих выпадение осадка солей жесткости - накипи. Для технической воды чаще всего используется полифосфат натрия (всем известный «Калгон»). Он связывает ионы кальция и не дает образовываться осадку.

В случае питьевой воды иногда для «квази-умягчения» воду подкисляют введением ионов водорода (Н+). В кислой среде не происходит выпадения осадка солей жесткости и клиент воспринимает такую воду как умягченную. Причем такой способ позволяет получить больший ресурс модуля, по сравнению с возможностями «истинного» умягчения. Так, например, работают водоочистители марки «Брита».
Этот способ всем хорош, кроме того, что излишнее закисление воды - до рН=5, может неблагоприятно влиять на здоровье людей с нарушением кислотности желудка. Все-таки, питьевая вода должна иметь рН не меньше 6.

В водоочистителях АКВАФОР кувшинного типа реализованы одновременно оба метода борьбы с жесткостью воды. В универсальных модулях В100-5 используется смесь ионообменных смол в натриевой и водородной форме, подобранная таким способом, чтобы наряду с небольшим подкислением воды происходило частичное удаление ионов кальция.
Кроме того, смесь смол в модуле обладает буферными свойствами. Т.е., если изначально рН воды высокий (>7, вода щелочная), то происходит большее подкисление, если низкий (<7), то подкисление происходит в меньшей степени.
То же самое происходит и с жесткостью воды. В случае высокой жесткости удаление ионов кальция происходит в большей степени, а в случае невысокой жесткости «активность» ионного обмена снижается.
Таким образом, происходит удаление лишь избыточной жесткости воды. Однако следует принимать во внимание, что процесс умягчения воды зависит не только от концентрации ионов кальция, но и от его «окружения», т.е. от общего состава воды (анионный фон, наличие компексообразователей, рН и т.д.)

Использованные источники:
- Википедия
- Жёсткость воды
- Жесткость воды и общее солесодержание

Хочется услышать комментарии.
А также личный опыт применения в аквариумах воды различной жёсткости, способов понижения жёсткости воды, а также "косяки" и "грабли", связанные с жёсткостью воды для целей аквариумистики.

__________________________________________________________________

Дополнительные материалы нашего сайта:
Важные темы раздела "Общие вопросы аквариумистики".
Важные темы раздела "Аквариумное оборудование".
Важные темы раздела "Освещение аквариума".
Важные темы раздела "Аквариумные рыбки".
Важные темы раздела "Болезни обитателей аквариума".
Важные темы раздела "Корма и кормления".
Важные темы раздела "Дизайн и оформление аквариума".
Важные темы раздела "Беспозвоночные +".
Важные темы раздела "Водоросли и аквариумные растения".
Важные темы раздела "Морской аквариум".
Важные темы раздела "Очумелые ручки".
Важные темы раздела "Декоративные пруды".
Важные темы раздела "Общение и флуд".
Изображение
 
Аватара пользователя

Олег
Администратор
Администратор

Re: Ещё раз о жесткости воды

#2

Сообщение Олег »

* Внесено в список важных тем раздела
"Общие вопросы аквариумистики".
 
Аватара пользователя

Andrey...
Житель форума
Житель форума

Re: Ещё раз о жесткости воды

#3

Сообщение Andrey... »

Лёнь , вот дочитал до видов жесткости и опять в недоумением на счет карбоната натрия, хотя прошлый раз недоумение было еще больше (речь шла о хлориде натрия). Поискал текст твоего сообщения, нашел, но там нет инфы про жесткость обусловленную присутствием натрия. http://interesko.info/podrobnee-pro-zhyostkost-vody/
Вроде всё тоже - одновалентные катионы в жесткости не при делах.
 

Еретик
Новичок
Новичок

Re: Ещё раз о жесткости воды

#4

Сообщение Еретик »

А как рассчитать KH по результатам анализа?

pH 7.57

Кальций 53 мг/л
Магний 10 мг/л
Калий 6.8 мг/л

Общая жесткость CaCO3 mmol/l 1,72
Общая жесткость 9.6 dH

Никаких других осмысленных результатов анализа(типа CO2) нет
 
Аватара пользователя

Еwгений
Завсегдатай
Завсегдатай

Re: Ещё раз о жесткости воды

#5

Сообщение Еwгений »

Леонид,есть некоторые неточности с карбонатной жёсткостью. Связаны они с тем,что наши тесты на карбонатку косвенные и изначально меряют щёлочность. А потом переводятся в карбонатку. И,если вода содержит щёлочь,то карбонатка будет больше общей жёсткости. Поэтому для водопроводной воды тесты на кш бессмысленны. Правда они позволяют крайне приблизительно оценить пригодность воды. Считается что если кш меньше гш в два и более раз,то вода нормальная.
На самом деле существует метод определить истинную карбонатку в домашних условиях. Но метод длительный,описан в книге Трифонова,Разуваева.
Берём воду,меряем гш и записываем. Кипятим воду накрыв крышкой несколько часов. Доливаем испарившуюся часть дистиллятом,отстаиваем два дня, и меряем гш. Сравниваем с первоначальным. Разница и есть карбонатка. Может я где то ошибся или допустил неточность,смотреть в книге.
А вообще,нам карбонатка вообще не нужна и бесполезна. В аквариуме и так есть буферные вещества,кроме карбонатов. В той же книге описано.

Про умягчающие фильтры всё ещё проще: Там катионит или активированный уголь,активированные поваренной солью. Фильтр забирает из воды кальций и отдаёт натрий . Вода техническая,непригодная для питья и для аквариума. Чем жёще исходная вода,тем хуже последствия. У нас многие пробовали,а потом переделывали в осмос. В аквариуме катастрофа.
 
Аватара пользователя

Автор темы
Leo Angel
Житель форума
Житель форума

Re: Ещё раз о жесткости воды

#6

Сообщение Leo Angel »

И да и нет...
То есть со многим согласен, кое с чем нет, но пока всё на уровне интуиции.
Нужно переосмыслить и сформулировать.
:head: :head: :head:
P.S. А по поводу "катастрофы с аквариумом" при использовании воды с натрием вместо кальция - верно на 100%.
Испробовал на своей банке. Последствия ужасны. Восстановление долгое...
Изображение
 
Аватара пользователя

Andrey...
Житель форума
Житель форума

Re: Ещё раз о жесткости воды

#7

Сообщение Andrey... »

Еwгений писал(а): Про умягчающие фильтры всё ещё проще: Там катионит или активированный уголь,активированные поваренной солью. Фильтр забирает из воды кальций и отдаёт натрий . Вода техническая,непригодная для питья и для аквариума. Чем жёще исходная вода,тем хуже последствия. У нас многие пробовали,а потом переделывали в осмос. В аквариуме катастрофа.
Активированный уголь тут думаю лишний. Смолы эти действительно широко применяются, и вода действительно получается техническая. Но нельзя говорить что это "вообще никак" ,а это лучше. Смягченная смолами вода (техническая) значительно продлевает жизнь мембранам. А бывает и такое что без смол перед осмосом вообще никак.
 
Аватара пользователя

Еwгений
Завсегдатай
Завсегдатай

Re: Ещё раз о жесткости воды

#8

Сообщение Еwгений »

Опять не совсем так. Самые дешёвые картриджи умягчители имеют наполнителями активированный уголь. Его также как и смолы насыщают натрием. То же самое только работают меньше.
Есть промышленные ионообменные установки. Но они представляют собой два последовательных фильтра в виде катионообменной колонки и анионообменной. Проходя последовательно вода полностью деионизируется и имеет пш 7. Но для жёсткой воды это лишено смысла. И вот почему. Я когда то давно считал такую установку и вот что уменя получилось: для того чтоб получить десять литров обработанной воды,нужно истратить 10 литров дистиллята на восстановление смол и промывку. Возможно мои расчёты и ошибочны,но на промывку уходит слишком много дистиллята в любом случае. Как правило ионообмен применяют в аквариумистике только для доочистки осмоса. Это позволяет получить - осмос минус бор.
 
Аватара пользователя

Andrey...
Житель форума
Житель форума

Re: Ещё раз о жесткости воды

#9

Сообщение Andrey... »

Жень, последние несколько лет занимаюсь фильтрацией воды, и для меня естественно интересоваться всем что связано с фильтрацией. Давайте так: смолы, про которые идет речь не насыщают, не активируют, их заряжают натрием. Идет реакция замещения(химия).

Как можно насытить уголь натрием?
Еwгений писал(а): Его также как и смолы насыщают натрием. То же самое только работают меньше.
Ответ понятен, но похож на бред. Давайте уже ссылки на первоисточник. Будем знакомиться, обсуждать. Пока допускаю что информация из рекламы какого-нибудь производителя суперских картриджей.
Еwгений писал(а):Но для жёсткой воды это лишено смысла.
Нет. Не лишено. Расчеты категорично не верны. Дистиллят применять не обязательно, можно тот же пермеат (осмолят, осмос, осмоз, осмосная вода, и т.д. ,кто как называет), но опять-таки это уж если очень педантично подойти к делу.
Если смысл подразумевать экономический, то тоже по разному. Когда вода очень жесткая, мембрана быстро засаливается накипью, а промывать мембраны от солей гораздо сложней, да и не каждый сможет. Элементы эти не дешевые, и если каждый раз менять то тоже накладно.
Еwгений писал(а):ионообмен применяют в аквариумистике только для доочистки осмоса.
Эти смолы очень дорогие. Речь не о них.
 


Поддержать проект через PayPal


Ответить

Вернуться в «Общие вопросы аквариумистики»