Фильтры и системы очистки воды - ЦВТ
Тел.: (495) 952-12-41
E-mail:

Skype: ЦВТ
Наши услуги Каталог продукции Подбор бытовых фильтров Подбор коммерческих и промышленных фильтров
Главная
О компании
Для дилеров
Промышленный раздел
Бытовые системы
Каталог продукции
Предварительные фильтры
Фильтры защиты насосов
Картриджные фильтры
Засыпные фильтры
Аэрационные комплекты
Мембранные системы
Компактные умягчители
Ультрафиолетовые стерилизаторы
Комплектующие изделия
New! Запорная арматура
Фильтрующие материалы и реагенты
Системы дозирования
Универсальные фильтры Акватроник
Очистка стоков
New! Шарикоочистка труб
New! Промывка труб
New! Дезинфекция воды
без хлора
New! Очистка почвы и воды от нефтепродуктов
Цены
Представительства
База знаний
Контакты
Реализованные проекты
Дисковая фильтрация механических примесей


Жесткость воды. Плюсы и минусы

Журнал "Бани и Бассейны".
№6, 1999 г.

Владимир Баглай

Жесткость воды определяется содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. (spravochnik-bratsk.ru: см. также материал "Жесткость общая" из раздела "Общие физико-химические показатели качества воды"). Двууглекислые соли кальция и магния, например гидрокарбонат кальция Са(НСО3)2, обуславливают карбонатную, или временную, жесткость воды, которая полностью устраняется при кипячении воды в течение часа. Все остальные соли, например соли сильных кислот - сульфаты и хлориды кальция и магния, образуют некарбонатную, или постоянную, жесткость воды (это такая жесткость, которая остается после кипячения воды в течение указанного выше времени). Сумма карбонатных и некарбонатных солей кальция и магния составляет так называемую общую жесткость воды. При длительном кипячении воды, обладающей карбонатной жесткостью, в ней появляется осадок, состоящий главным образом из CaCO3, и одновременно выделяется углекислый газ СО2. Оба эти вещества появляются вследствие разложения гидрокарбоната кальция. Именно поэтому карбонатную жесткость называют временной жесткостью.

Существует мнение, что жесткая вода - это плохая вода. Действительно при нагревании воды с высокой жесткостью образуется накипь, жесткая вода имеет привкус, требует значительно больше моющих средств. Однако есть и положительные качества солей жесткости, растворенных вводе, но об этом пойдет речь в последующих материалах статьи.

В Российской Федерации жесткость воды выражают суммой миллимолей ионов кальция и магния, содержащихся в одном литре воды. Измеряется в миллимолях на литр (ммоль/л). 1 ммоль/л соответствует количеству любого вещества в мг/л, равному его молекулярной массе, разделенной на валентность. Простой расчет показывает, что 1 ммоль/л отвечает содержанию в одном литре воды 20,04 мг/л Са2+ или 12,1 б мг/л Mg2+.

В странах дальнего зарубежья жесткость воды измеряется в других единицах. Для их взаимного перевода можно пользоваться следующими соотношениями: 1 ммоль/л = 2,8 немецких градусов = 5 французских градусов = 3,5 английских градусов = 50 ppm (частей на миллион) в США. (W.ru: О единицах измерения жесткости и принятых за рубежом стандартами смотрите здесь).

Жесткость природных вод изменяется в широких пределах. Она различна в разных водоемах и водотоках, а в одной и той же реке изменяется в течение года. Минимальная жесткость речной воды бывает во время паводка. Жесткость воды некоторых рек Российской Федерации составляет (забор воды брали в одно и то же время): р. Волга (г. Вольск Саратовской обл.) - 5,9 ммоль/л; р. Дон (станица Аксайская) - 5,6 ммоль/л; р. Енисей (г. Красноярск) - 1,3 ммоль/л; р. Нева - 0,5 ммоль/л. Жесткость морской воды значительно выше, чем жесткость воды рек и озер. Так, например, вода Черного моря имеет общую жесткость 65,5 ммоль/л, а среднее значение жесткости воды Мирового океана составляет 130,5 ммоль/л, в том числе на Са2+ приходится 22,5 ммоль/л, на Mg2+ - 108 ммоль/л.

Присутствие в воде значительного количества солей кальция и магния делает воду непригодной для многих технических целей. Так, при продолжительном питании паровых котлов жесткой водой их стенки постепенно покрываются плотной коркой накипи (такая же накипь образуется и на стенках кастрюль и чайников, в которых кипятится вода), Накипь, даже при толщине слой в 1 мм значительно снижает передачу теплоты стенками котла, следовательно, ведет к увеличению расхода топлива. Кроме того, она служит причиной образования вздутий и трещин как в кипятильных трубах, так и на стенках самого котла. Жесткая вода не дает пены с мылом, затрудняет стирку, так как содержащиеся в мыле растворимые натриевые соли жирных кислот - пальмитиновой и стеариновой - переходят в нерастворимые кальциевые соли тех же кислот. Не случайно наши бабушки и прабабушки перед тем, как помыть себе и детям голову, умягчали жесткую воду, пропуская ее через сито, заполненное золой, вода становилась мягкой (получался, по их словам, "щелок"), и не требовалось много мыла для мытья. Кроме того, жесткая вода затрудняет варку пищевых продуктов. (W.ru: См. также "Жесткая вода").

Жесткой водой нельзя пользоваться при проведении некоторых технологических операций, например при крашении водорастворимыми красками.

В действующих Федеральных санитарных правилах, нормах и гигиенических нормативах общая жесткость воды, используемой для питьевых и хозяйственно-бытовых нужд, нормируется: допустимое максимальное содержание солей жесткости в воде по суммарному содержанию в ней ионов кальция и магния составляет 7(10) ммоль/л Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению государственного санитарного врача для конкретной системы водоснабжения.

Вода с более высокой жесткостью, чем указано в нормативе, то есть жесткая вода в противоположность мягкой воде, содержащей мало солей кальция и магния, в зависимости от взаимодействия с другими факторами, такими как рН и щелочность, может вызвать образование шлаков в распределительной системе водоснабжения, что приводит к большему потреблению моющих средств и последующему образованию пены на первичных отстойниках очистных сооружений канализации. Как отмечено выше, при нагревании жесткой воды она образует накипь карбоната кальция. Мягкая вода может, с другой стороны, иметь низкую буферную емкость и поэтому будет в большей степени вызывать коррозию водопроводных труб.

Коррозия характеризуется частичным растворением материалов оборудования, входящего в состав систем водоснабжения (резервуаров, труб, арматуры и насосов). Она может приводить к поломкам конструкций, утечкам, снижению эффективности систем водоснабжения, ухудшению химического и микробиологического состава воды в водопроводе Внутренняя коррозия трубопроводов и арматуры может оказывать непосредственное влияние на концентрацию определенных компонентов в воде, для которых имеются допустимые величины. Поэтому борьба с коррозией очень важна для управления системой водоснабжения. Защита трубопроводов от внешней коррозии (речь идет об электрохимической защите) имеет большое значение, но она в гораздо меньшей степени связана с химическим составом, в том числе и с жесткостью, а также с качеством воды, транспортируемой по трубопроводам.

Борьба с коррозией касается не только поддержания на требуемом уровне жесткости воды, но также зависит от величины рН и наличия в воде бикарбоната, карбоната, растворенного кислорода.

Многие металлы, включая большинство используемых в конструкциях систем водоснабжения, нестабильны в присутствии воды и имеют тенденцию к трансформации или распаду с образованием более стабильных и часто более растворимых форм. А это и есть процесс коррозии. Скорость этого процесса зависит от многих химических и физических факторов: он может протекать очень быстро или исключительно медленно.

Важное значение имеют свойства продуктов коррозии, стабильность конечных продуктов процесса. Если какой-либо из них растворим в воде, то процесс коррозии имеет тенденцию протекать быстро. Однако в ряде случаев, когда продукты коррозии нерастворимы в воде, на их поверхности может образоваться защитный слой, тогда коррозия происходит очень медленно. Нерастворимые продукты коррозии обладают защитным действием только тогда, когда они образуют непроницаемый слой. Если же они образуют губчатую или хлопьевидную массу, то коррозия продолжается, ухудшая качество воды, снижая пропускную способность трубопроводов и способствуя росту микроорганизмов (биопленок), которые могут быть защищены от действия на них остаточного хлора.

При очень высоких скоростях водного потока скорость коррозии может значительно увеличиваться из-за эрозионной коррозии. Как и в случае с другими химическими реакциями, скорость коррозии увеличивается с повышением температуры

Как же влияет состав воды на процесс коррозии?

Важнейшим фактором является наличие в воде растворенного кислорода. Он непосредственно участвует в коррозии, и в большинстве случаев чем выше его концентрация, тем выше скорость этой реакции. Величина рН оказывает решающее влияние на растворимость, скорость реакции, а также на поверхностную химию большинства металлов, подвергающихся коррозии, что особенно важно в связи с образованием защитной пленки на поверхности металла.

Микроорганизмы могут играть важную роль в коррозии материала труб вследствие образования микрозон с низкой величиной рН или высокой концентрацией агрессивных ионов, способствуя процессам окисления или удалению продуктов коррозии, или разрушая защитные поверхностные пленки. Наиболее важные бактерии, участвующие в коррозии, - сульфатредуцирующие и железобактерии.

Для борьбы с коррозией в системах водоснабжение бань и бассейнов наиболее часто прибегают к контролю величины рН, увеличению карбонатной (временной) жесткости воды в системе или добавлению в воду ингибиторов коррозии, то есть веществ, замедляющих протекание химических реакций или прекращающих их, а также веществ, тормозящих биологические процессы, происходящие в трубопроводах при коррозии материала труб. Виды и максимальные дозы ингибиторов коррозии, таких как полифосфаты, должны соответствовать требованиям к реагентам, используемым при очистке воды (например, полифосфатов допускается в питьевой воде не более 3,5 мг/л, поскольку это вещество согласно органолептическому признаку вредности относится к опасным веществам - к третьему классу опасности). Хотя контроль величины рН имеет важное значение для предотвращения интенсивной коррозии материалов, используемых в системах водоснабжения, необходимо учитывать его возможное влияние на другие вопросы технологии водоснабжения, включая обеззараживание воды.

Важно отметить, что мягкая вода может не только приводить к коррозии трубопроводов и водопроводного оборудования, но, кроме того, усиливает токсичность тяжелых металлов, содержащихся в воде (например, цинка).

Всемирная организация здравоохранения не предлагает конкретной величины жесткости воды по ее влиянию на здоровье человека, между тем как у нас в стране гигиенистами НИИЭЧиГОС им А. Н. Сысина РАМН доказано,что содержание кальция в питьевой воде должно быть не менее 30 мг/л (ПДК для кальция -140 мг/л), магния в питьевой воде должно быть минимум 10 мг/л (ПДК для магния - 85 мг/л). Установлена обратная зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями человека (чем меньше жесткость воды, тем больше подвержен человек сердечно-сосудистым заболеваниям). Имеются указания о том, что мягкая вода отрицательно влияет на баланс минеральных веществ в организме человека и поэтому может привести к отложению солей, как и при повышенном содержании солей жесткости. Общая жесткость воды должна быть не ниже 1,5 ммоль/л. (W.ru: Возможно, это несколько категоричные утверждения. Процитируем ВОЗ (цитируется по русскому изданию "Руководства по контролю качества питьевой воды. Том 1. Рекомендации", 1994): "Хотя ряд экологических и аналитических эпидемиологических исследований выявили статистически значимую обратную зависимость между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные недостаточны для вывода о причинном характере этой связи. Имеются некоторые указания, что очень мягкая вода может иметь отрицательный эффект на баланс минеральных веществ, но для его оценки не проводилось детальных исследований". Т.е. не все еще так ясно и понятно. Интересующиеся могут познакомиться с более развернутой информацией в подлиннике непосредственно на сайте ВОЗ).

Известно, что химические вещества поступают в организм человека не только при прямом потреблении воды в питьевых целях и при приготовлении пищи, а также и косвенно, например при вдыхании летучих веществ и кожном контакте во время принятия водных процедур (ингаляционное и чрезкожное воздействие химических веществ, содержащихся в воде, на организм человека). (W.ru: Из вышесказанного может создаться впечатление (наверняка автор не ставил такой цели - просто так получилось), что вода является чуть ли не единственным источником поступления в организм химических веществ. Это не так. Основным источником поступления является пища, т.е. продукты питания. Доля же воды в этом объеме весьма незначительна для подавляющего большинства элементов - см. "Вода и полезные минеральные вещества").

Кальций, поступающий в организм, обладает благоприятной для человека способностью уплотнять клеточные и межклеточные коллоиды, а также влиять на процессы образования клеточной оболочки. Выявлена способность ионов кальция уплот-нять клеточную оболочку и снижать клеточную проницаемость, что приводит к снижению кровяного давления, а при недостаточной концентрации ионов кальция происходит растворение межклеточных спаек, разрыхление стенки кровеносных капилляров и увеличение клеточной проницаемости, что приводит к повышению кровяного давления. Известна положительная роль кальция в процессе свертывания крови.

Магний также необходим человеческому организму, он содержится в каждой клетке тела человека и постоянно вводится в организм с пищей и с водой. Соли магния содержатся во всякой почве (по распространенности в земной коре среди химических элементов магний занимает восьмое место) и необходимы для питания растений, так как магний входит в состав хлорофилла.

Выявлено также негативное влияние повышенного содержания магния на нервную систему человека, способность его вызывать обратимое угнетение центральной нервной системы, так называемый магниевый наркоз. Первоначально магний, поступающий в организм человека в более высоких дозах, чем это предусмотрено гигиеническими нормативами, поражает двигательные нервные окончания, а при более высоких концентрациях распространяет свое влияние и на центральную нервную систему. Наркотическое влияние магниевых солей подавляется ионами кальция. В каждой клетке организма значительная часть ионов магния находится в связанном состоянии с белками плазмы.

Умягчение воды, то есть снижение содержания в ней солей жесткости до требуемых нормативных значений, осуществляется одним из следующих способов: термическим, реагентным, катионитовым и комбинацией перечисленных способов (термохимическим и реагентно-катионитовым), причем термические и термохимические способы умягчения воды применяются в основном в теплоэнергетике.

В настоящее время наиболее широкое применение для систем водоснабжения получил катионитовый способ умягчения воды, то есть снижения постоянной жесткости воды. Он основан на процессе ионного обмена. Ионный обмен базируется на способности некоторых веществ, называемых ионитами (ионитовые смолы) обменивать входящие в их состав ионы (например, H+ и Na+ на ионы солей жесткости, содержащиеся в воде, которые следует из нее удалить. При умягчении воды применяются не только Н-катио-нитовые, но и Na-катионитовые фильтры, базирующиеся на использовании естественных (глау-конитовых песков) и искусственных катионитов (сульфоуголь, вофатит, эспатит и др.)

Когда процесс ионного обмена доходит до равновесия, ионит перестает работать, утрачивает способность умягчать воду, то есть после исчерпания обменной способности Na-катионитовый фильтр регенерируют концентрированным раствором хлорида натрия NaCl (поваренной соли) или сернокислого натрия Na2SO4, Н-катионитовый фильтр - серной кислотой H2SO4 или соляной кислотой HCL. При этом ионы Са2+ и Mg2+ выходят в раствор, а катионит вновь насыщается ионами Na+ или H+. (W.ru: Подробнее об устройстве и работе ионообменных умягчителей см. здесь).

Умягчение воды при ее фильтровании через Na-катионит повышает щелочность воды (увеличивает рН), при Н-катионировании растет кислотность (рН уменьшается). Последовательное фильтрование воды через Н-катиониты и Na-катиониты делает возможным получение воды с требуемым значением рН без проведения реагентного подщелачивания и подкисления воды.

Таким образом, нельзя в процессе подготовки воды для питьевых целей, а также для использования в банях и бассейнах уменьшать жесткость воды ниже 1,5 ммоль/л (при этом кальция должно быть не менее 30 мг/л, а магния - не менее 10 мг/л). Такое содержание солей жесткости позволит укрепить сердечно-сосудистую систему человека и предотвратит негативное влияние на оборудование системы водоснабжения благодаря исключению коррозии материалов, из которых оно выполнено.

На главную страницу журнала "Бани и Бассейны".

Справка

Информация для специалистов и особо любознательных посетителей. Раздел посвящен качеству воды. Причем даны сравнительные данные о критериях характеристики параметров качества, принятых ВОЗ, США, ЕС и Россией.

Подробнее

Ликбез

Данный раздел предназначен специально для людей, не сильно искушенных в вопросах водоочистки, но желающих больше об этом узнать.

Подробнее

Дайджест

Здесь мы собираем наиболее интересные материалы, находящиеся в пределах тематики нашего сайта. Мы хотим познакомить наших посетителей с тем многообразием мнений о воде, водоочистке и аспектах влияния воды на здоровье, существующим в средствах массовой информации.

Подробнее

FAQ

Мы постарались ответить на наиболее часто задаваемые нам вопросы. Если вы не найдете здесь ответа по интересующей вас проблеме - пишите нам.

Подробнее