Определить чистоту воды можно, оценив её запах. Нагрейте воду сначала до 20°С, а затем до 60°С. Если вы почувствовали неприятный, гнилостный запах, это свидетельствует о наличии сероводорода.
Постоянная и временная жесткость воды
Нет в мире вещества важнее пресной воды для человеческого организма. Без неё жизнь не могла бы продолжаться. Этот ресурс крайне необходим как для промышленности, так и для повседневного использования и сельского хозяйства. Состояние здоровья человека зависит от качества питьевой воды. Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 92% всех заболеваний людей вызваны употреблением некачественной воды. Качество водных источников определяется множеством различных параметров, среди которых особое внимание стоит уделить временной и постоянной жесткости воды. Жесткость воды негативно сказывается на здоровье: она может приводить к образованию камней в почках, сушит кожу и вызывает зуд и перхоть, а также замедляет процесс приготовления мясных блюд. Бытовая техника и системы горячего водоснабжения также страдают от повышенного содержания солей карбонатной жесткости: они образуются при готовке, а недостаточно вспененные моющие средства могут приводить к возникновению трудноудаляемых солей.
Общее количество растворенных щелочноземельных ионов составляет общую жесткость воды, которая подразделяется на временную и постоянную жесткость.
Разные соли кальция и магния приводят к образованию различных уровней жесткости. В атмосфере присутствует значительное количество углекислого газа (CO2), который также находится в растворенном виде в природных водоемах. При взаимодействии CO2 с водой образуются гидрокарбонат-анионы:
Эквивалентная концентрация ионов кальция и магния, возникающих из бикарбонатных ионов, определяет карбонатную жесткость воды. Временная жесткость или карбонатная жесткость напрямую зависит от содержания Mg(HCO3)2 и Ca(HCO3)2. Постоянная жесткость воды состоит из оставшихся соединений кальция и магния в растворе с кислотными остатками сильных кислот, таких как азотная, сульфатная и соляная, а также менее агрессивных фосфатной и силикатной кислот. Сумма карбонатной жесткости и некарбонатной жесткости формирует общую жесткость воды. Гидрокарбонат-ионы, отражающие карбонатную жесткость, способны буферизовать и поддерживать кислотно-основное равновесие водного раствора.
Когда на поверхностях и нагревательных элементах домашних устройств накапливаются соли, часто не приходит в голову, что из воды уходит лишь временная жесткость в виде белого налета, в то время как постоянная жесткость сохраняется. Почти 100% карбонатной жесткости можно удалить, нагревая воду до температуры 100 °C в течение более 50 минут. Это позволяет классифицировать ее как временную или устранимую. Ионы магния (Mg) и кальция (Ca) выводятся из раствора посредством осаждения карбонатов MgCO3 и CaCO3.
Процесс кипячения способствует снижению общей жесткости воды за счет устранения временной жесткости и превращения углеводородов в нерастворимые соединения. При этом постоянная жесткость воды остается без изменений. Сульфаты, хлориды и нитраты кальция и магния остаются растворёнными в водном растворе и продолжают оказывать влияние на показатель размягчения.
Как постоянная, так и временная жесткость воды играют важную роль в нормальном функционировании человеческих органов и оборудования. В этом контексте необходимо поддерживать оптимальный баланс. Повышенное содержание солей магния и кальция может ухудшать работу сосудов и желудочно-кишечного тракта, а также способствовать образованию камней в почках. В то же время, чрезмерно мягкая вода может нарушить водно-солевой баланс в организме.
Степень жесткости воды, будь она газированной или негазированной, оказывает влияние на пенообразование моющих средств. В жесткой воде обыкновенное натриевое мыло теряет эффективность, так как ионы магния и кальция заменяют натрий во время процесса намыливания, что приводит к образованию неэффективного «кальциевого мыла». Пока минеральные примеси не будут устранены, мыльный налет продолжает накапливаться. Для снижения жесткости воды на 1 ммоль/л теоретически нужно около 310 мг мыла, однако на практике требуется до 540 мг мыла для достижения того же эффекта.
Высокий уровень общей карбонатной жесткости вызывает образование солей на внутренних стенках котлов, трубах и отопительных системах. Эти соли значительно уменьшают срок эксплуатации бытовых приборов, затрудняют процесс нагрева, снижают общую эффективность и могут вызывать засоры в сантехнике. С другой стороны, вода с низким уровнем жесткости, менее 1,9 ммоль/л, имеет пониженную щелочность. Это может привести к коррозийным процессам в трубопроводной системе. Оптимальное соотношение между постоянной и временной жесткостью воды способствует защите здоровья и увеличивает срок службы отопительных систем и труб водоснабжения.
Как определить общую и карбонатную жесткость воды
Для определения количества растворённых щелочноземельных ионов в образце воды применяются разнообразные методы. На рынке доступны быстрые тесты, позволяющие оценить карбонатную и некарбонатную жесткость, которые можно проводить в домашних условиях. Хотя такие тесты могут давать результаты с определёнными погрешностями, их преимущества заключаются в отсутствии необходимости в дополнительных затратах и минимальном времени на выполнение.
Согласно стандарту ГОСТ 31954-2012, общая временная и постоянная жёсткость воды определяется с использованием метода комплексометрии. В рамках этого титриметрического подхода ионы различных металлов (таких как железо, цинк, марганец, кадмий, кобальт, алюминий, свинец, медь) а также некоторые органические вещества могут затруднять определение точки эквивалентной концентрации. Ортофосфат кальция и карбонат кальция имеют возможность выпадения в осадок в процессе титрования. Если устранить мешающие факторы не представляется возможным, то жёсткость измеряется посредством атомной спектрометрии.
Основой методики комплексометрии является титрование выбранного водного образца с применением буферного раствора, а также раствора аммиака при pH = 9 и индикатора на основе Trilon B до тех пор, пока не произойдет изменение цвета индикатора. Минимально фиксируемая жесткость воды составляет 0,1 ГДж. В процессе титрования воды с повышенной жесткостью с использованием раствора диатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты происходит образование комплексного соединения, которое связывает ионы Ca и Mg. Когда все ионы окажутся связаны, индикатор изменяет свой цвет, что сигнализирует о завершении титрования.
Общая жесткость в водном растворе, обозначаемая как Jo, вычисляется по следующей формуле:
С2 — молярная концентрация эквивалента ЭДТА, моль/л,
V1 — объем исследуемой воды, мл,
V2 — объем раствора ЭДТА, мл,
1000 — коэффициент пересчета единиц из моль/л в ммоль/л.
Кислотное титрование (HCl) применяется для определения карбонатной жесткости воды. Индикатор метилово-оранжевый изменяет свой цвет при слегка избыточном количестве кислоты в растворе. Этот метод основан на реакции соляной кислоты с углеводородами:
Титрование проводится от 2 до 3 раз, с учетом средних значений для расчетов.
Процесс вычисления карбонатной жесткости воды осуществляется следующим образом:
Wk = Vk — Sk — 1000 / VB,
где Wk — карбонатная жесткость воды, выраженная в ммоль/л эквивалента Ca2+ и Mg2+,
Vc — объем кислоты, использованной во время титрования, в миллилитрах,
Sk — молярная концентрация эквивалента HCl,
VB — объем анализируемой пробы воды, в миллилитрах.
Постоянная жесткость воды Znk может быть определена при известной общей и карбонатной жесткости:
В зависимости от содержания ионов магния и кальция в ммоль/л, воду классифицируют по различным типам жесткости:
- Крайне слабый — ниже 1,6 ммоль/л,
- Умеренный — от 1,6 до 3,9 ммоль/л,
- Умеренно жесткий — от 3,9 до 7,9 ммоль/л,
- Твердый — от 7,9 до 11,9 ммоль/л,
- Очень жесткий — выше 11,9 ммоль/л.
3. Наиболее точный метод — это тест с использованием специальной полоски. Это эффективный способ, однако он требует финансовых вложений. Полоска погружается в исследуемую жидкость на несколько секунд и через минуту меняет цвет. Затем полученный цвет сопоставляется с данными, указанными в таблице, прилагаемой к инструкции.
Что это такое и чем обусловлено?
Временная жесткость воды — это показатель, который определяется наличием ионов карбонатов и бикарбонатов, включая кальций и магний. Эти соединения способны образовывать осадок при нагревании воды. Устранить временную жесткость можно с помощью таких методов, как кипячение или обработка известью, после чего воду отделяют от осадка.
Данная форма жесткости широко распространена и служит причиной образования карбоната кальция внутри труб и бытовых приборов.
Образуемый осадок может привести к засорению трубопроводов и снижению производительности теплообменных устройств.
Временно жесткая вода практически всегда содержит карбонат кальция (формула CaCO3), поэтому временная жесткость зачастую называется карбонатной жесткостью.
Жесткая вода может негативно сказаться на работе котлов, так как в ней образуются осадки солей, что ухудшает их эффективность. Хотя жесткую воду можно употреблять в пищу, ее долговременное использование может привести к различным проблемам. К наиболее заметным недостаткам можно отнести:
- изменение структуры тканей при стирке, в результате чего одежда выглядит менее яркой и становится более грубой на ощупь,
- увеличенную нагрузку на водонагреватели, что приводит к повышению затрат на электроэнергию,
- пониженное давление воды в системе водоснабжения из-за накопления отложений в трубах,
- образование белых разводов на посуде, пятен на керамических предметах и накипи в кранах.
Какова разница с постоянной жесткостью?
Дневная жесткость воды обладает сложной природой, поскольку ее уровень зависит от концентрации карбонатов и их взаимодействия с кальцием и магнием.
Предположим, что исходная жесткость воды до кипячения составляет 100 частей на миллион, а после этого процесса уменьшается до 60 частей на миллион. Это свидетельствует о том, что временная жесткость равна 40 частям на миллион. Временная жесткость удобна тем, что ее можно эффективно уменьшить путем кипячения или осаждения с помощью извести (гидроксида кальция). Кипячение и добавление извести представляют собой два традиционных метода смягчения воды с временной жесткостью.
Постоянная жесткость, в отличие от временной, не может быть устранена в результате кипячения. Если ваша вода содержит гипс (т.е. прошла через слои гипса в почве), она будет обогащена кальцием и сульфатами.
При кипячении воды, содержащей гипс, жесткость практически не теряется, поскольку кальций не выпадает в осадок с сульфатами.
Как провести определение?
Когда временная жесткость воды осаждается, основным компонентом является карбонат кальция. Процесс кипячения бикарбонатов приводит к их превращению в карбонаты, которые затем вступают в реакции с ионами кальция. Поскольку карбонат кальция почти нерастворим, он выпадает в осадок, унося с собой как кальций, так и карбонаты. В результате этого процесса также происходит уменьшение щелочности воды, так как карбонаты имеют щелочные свойства.
Определить уровень временной жесткости достаточно сложно, поскольку он зависит от соотношения концентрации щелочных ионов и их взаимодействия с кальцием.
Жесткость воды можно устранить с помощью замораживания или дистилляции. Однако при этом получают дистиллированную воду, которая не рекомендуется для употребления в пищу, так как она может выводить из организма важные минералы. Тем не менее, данная вода находит широкое применение в различных промышленных процессах.
Вода должна иметь оптимальный уровень жесткости, так как её полное отсутствие солей может негативно сказаться на здоровье человека. Например, низкое содержание карбонатов в воде может быть связано с развитием сердечно-сосудистых заболеваний.
Что касается резервуаров для нагрева воды, то использование мягкой воды может способствовать коррозии. Поэтому после эксплуатации систем, которые работали на мягкой воде, поверхности часто обрабатываются специальными растворами, содержащими вещества, которые замедляют процесс коррозии.
Таким образом, вода, независимо от того, из какого источника она поступает, имеет определённый уровень жесткости, а в идеале — средний. Избыток солей, так же как и их нехватка, могут вызывать разные негативные последствия.
Сегодня выяснить уровень жесткости воды достаточно просто. Вам доступно приобретение специализированного оборудования для ее проверки как в домашних условиях, так и в офисе. Оптимальным вариантом является устройство TDS-3, которое можно найти на рынке под различными брендами.
Чтобы измерить жесткость воды, можно воспользоваться другим прибором — электролитом. Это устройство стоит довольно недорого.
Электролит не может непосредственно указать жесткость воды в числовом выражении, однако он изменяет цвет жидкости в зависимости от присутствия солей. После процесса электролиза, на основе окраски воды можно определить, какие именно примеси находятся в ней.
Вы можете создать такую установку своими руками, используя следующие материалы:
нержавеющую сталь размером 50 x 50 см,
пластиковый контейнер объемом полтора литра,
водяной фильтр,
обратный клапан для воды.
В качестве основы для вашего устройства подойдет лист нержавеющей стали; оптимально использовать AISI 316L для импортных материалов и 03Х16Н15М3 для отечественных.
Теперь необходимо разметить и нарезать нержавеющую сталь на 16 равных квадратов. В каждом из этих квадратов следует вырезать один угол и противоположный угол отверстием, которое будет использовано впоследствии. Принцип работы электролита заключается в передаче электрического тока от одной пластины с определённым зарядом к другой с противолежащим зарядом, что приводит к расщеплению воды на кислород и водород.
Для формирования полноценного тока пластины соединяются поочередно: сначала устанавливается положительный заряд, затем отрицательный, после чего снова идет положительный и так продолжается. В качестве изоляции используется трубка, из которой следует вырезать кольцо и сделать полоску толщиной 1 мм.
Шайбы необходимы для сборки пластин: на болт сначала накручивается одна шайба, потом укладывается одна пластина, далее три шайбы, затем опять одна пластина и так далее. В каждом комплекте должно быть восемь пластин. Все операции должны проводиться с осторожностью, чтобы детали пластины не контактировали с электродами.
Как измерить жесткость воды с помощью мыла
Данный метод был описан И. Шереметьевым. Он основан на сложности пенообразования мыла для стиральных машин в жесткой воде. Мыльный налет возникает, когда мыло связывает избыток солей кальция и магния.
Жесткость воды можно определить следующим образом: Возьмите 1 грамм стирального мыла, измельчите его и медленно растворите в небольшом количестве горячей дистиллированной воды, избегая образования пены.
Полученный раствор необходимо перелить в цилиндрическую колбу, после чего её следует заполнить дистиллированной водой до отметки 6 см для мыльного раствора с концентрацией 60 % или до 7 см для концентрации 72 % (данный процент указывается на упаковке мыла). Каждый сантиметр раствора соответствует количеству мыла, которое способно связывать соли жесткости, а именно 1 dH на 1 литр воды. Теперь возьмите литровую ёмкость и наполните её наполовину водой, жесткость которой требуется определить. Постоянно помешивая, постепенно добавляйте приготовленный раствор. На начальном этапе могут появляться только тёмные хлопья, затем возникают цветные пузырьки. Если образуется плотная белая пена, это указывает на то, что все соли жесткости были связаны в исследуемой воде. Теперь посчитайте, сколько сантиметров приготовленного раствора вы добавили — каждый сантиметр связан с количеством солей в половине литра воды, что равно 2°dH. Таким образом, если для образования пены вам потребовалось добавить 4 см мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды составит 8°dH.
Если раствор подготовлен, но пена не возникает, это может указывать на то, что жесткость воды превышает 12°dH. Для определения требуемого значения необходимо провести повторный тест, предварительно разбавив воду, используемую для анализа, дистиллированной водой в два раза. Полученное значение второго теста нужно умножить на два, чтобы установить окончательный уровень жесткости воды.
Обычные чашки имеют стандартные параметры: объем составляет от 200 до 250 мл, высота достигает 10 см, диаметр дна варьируется от 55 мм и более, а диаметр верхней части составляет около 73 мм. В среднем, диаметр колеблется примерно на уровне 63 мм. Для более точного определения жесткости воды можно использовать цилиндрический стакан с диаметром около 6 см. Хотя можно применять и коническую чашку, в этом случае погрешность окажется выше. Следует понимать, что рассчитывать на абсолютную точность в данном методе не стоит, но достаточно точности в пределах 1-2 °dH для оценки состояния воды. Основной причиной данной погрешности служит разница между диаметрами верхней и нижней частей контейнера с мыльным раствором, а также влияние качества используемого мыла, дистиллированной воды и уровня вашего опыта в проведении такого анализа.
Этот способ очень прост и позволяет вам самостоятельно узнать уровень жесткости воды, поэтому небольшая погрешность в его определении не должна мешать вам использовать данное решение.
Другие способы определения жесткости воды в домашних условиях
На самом деле, измерить жесткость воды достаточно просто. Если вам необходимы точные показатели, вы всегда можете отправить образец в лабораторию для проверки. Оптимальным вариантом для определения жесткости воды является использование реактива Trilon B. Кроме того, существуют специальные устройства, которые могут предоставить быстрые результаты, стоимость которых составляет минимум 10-15 у.е. Это вполне разумная сумма, если вам необходимо регулярно проверять этот параметр в домашних условиях.
Если у вас нет специального прибора для измерения жесткости воды, но вам срочно нужно провести такую проверку, можно воспользоваться следующим способом. Возьмите брусок мыла и umojte им лицо — если пены не образуется и кожа начинает сохнуть, а на душевой лейке или в чайнике остается налет, это свидетельствует о том, что вода обладает высокой жесткостью. Если наблюдается обратная картина, то вода может считаться мягкой или умеренно жесткой.
На самом деле, существует множество других способов для определения жесткости воды:
Одним из самых простых методов является оценка качества воды по ее внешнему виду и вкусу. В идеале она должна быть прозрачной, без осадка и неприятных запахов.
Чтобы проверить прозрачность воды, налейте ее в прозрачный стакан с расстояния 20 см и разместите его над листом бумаги с текстом. Если текст видно сквозь воду, это отличный знак.
Цвет воды можно определить схожим способом: налейте 100 мл жидкости в прозрачный стакан и разместите его на белом листе бумаги. Если в воде есть органические компоненты, то она будет выглядеть более темной.
Определить чистоту воды возможно по ее запаху. Нагрейте воду сначала до 20°C, а затем доведите до 60°C. Если вы заметите неприятный, резкий запах, это может свидетельствовать о наличии сероводорода.
Также можно распознать определенные характеристики воды по вкусу. Перелейте воду в чистую сосуд, прокипятите её в течение пяти минут, после чего дайте остынуть до температуры 20-25°C и попробуйте на вкус. Сладковатый привкус говорит о наличие гипса, горький — о солях магния, а солоноватый — о солях железа. Неприятный привкус может возникать из-за наличия в воде растительных или животных организмов. Для выявления твердых примесей рекомендуется отфильтровать воду, при этом необходимо дать ей немного постоять перед фильтрацией.
Попробуйте налить воду в стакан или на зеркало. После того, как жидкость испарится, внимательно осмотрите поверхность: если она осталась чистой, значит, и вода была чистой. Наличие пятен свидетельствует о плохом качестве воды. Также рекомендуется тщательно проверить аквариум; жители вашего аквариума часто очень чувствительны к качеству воды.
Перечисленные способы не способны с полной точностью определить жесткость и качество воды, поэтому оптимальным вариантом будет обратиться к специалисту.
Важно проверить жесткость воды в вашем доме или квартире, так как от этого зависит уровень потребления магния и кальция.
Вы тратите значительные суммы на тесты, однако не всегда можете уверенно оценить эффективность приобретаемого фильтра.
На сегодняшний день в России имеется множество организаций, занимающихся разработкой систем для очистки воды. Если вы сами решите выбрать подходящий фильтр, это может оказаться достаточно сложной задачей. Самостоятельная сборка домашней установки для очистки сточных вод, даже при наличии предварительного исследования, не обеспечит необходимого уровня эффективности.
Гораздо надежнее будет обратиться в специализированную компанию по установке фильтров, которая предлагает полный спектр услуг: консультацию квалифицированного специалиста, анализ воды из колодца или скважины, подбор оптимального оборудования, его доставку и подключение системы. Важно также, чтобы компания предоставляла услуги сервисного обслуживания фильтров.
Временная жесткость воды определяется наличием положительно заряженных ионов кальция, магния и железа, а также бикарбонатных и гидрокарбонатных анионов (II). Этот параметр можно проанализировать следующим образом: при нагревании такая вода вызывает разложение бикарбонатов, в результате чего образуются нерастворимые осадки карбонатов вместе с выделением углекислого газа и воды.
Как измеряется жесткость воды?
Жесткость воды определяется количеством ионов кальция и магния в ней. В соответствии с международной системой единиц, степень жесткости выражается в молекулах на кубический метр. В нашей стране для обозначения жесткости используют такие единицы, как степень жесткости (°H) и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л). Значение 1 мг-экв/л означает наличие 20,04 мг кальция и 12,16 мг магния в одном литре воды. Показатель 1°H соответствует 1 мг-экв/л.
Вода подразделяется по уровню содержания солей:
- очень мягкий — до 1,5 мг-экв/л,
- мягкий — от 1,5 до 4 мг-экв/л,
- Средняя жесткость — от 4 до 8 мг-экв/л,
- Жёсткий — от 8 до 12 мг-экв/л,
- Очень жёсткий — более 12 мг-экв/л.
Идеальный уровень жесткости для разных целей использования воды должен находиться в пределах 1-2 мг/экв/л. Водопроводная вода может демонстрировать уровень жесткости от 1,5 до 5 мг/экв/л, что, как правило, не требует каких-либо специальных мероприятий для её коррекции. Как правило, самая жёсткая вода встречается в частных колодцах, и она нуждается в тщательной очистке и смягчении. По санитарным нормам, жесткость питьевой воды, поступающей из центрального водопровода, не обязана превышать 7 мг-экв/л.
Как быстро и качественно определить уровень жесткости воды?
Для точного определения качества воды из вашего крана рекомендуется взять образец и отправить его на анализ в специализированную лабораторию. В АНО «Испытательный центр «НОРТЕСТ» вы можете заказать анализ воды из любых источников. Наши эксперты проводят исследование воды на наличие как качественных, так и количественных показателей, определяя концентрации солей жесткости, железа, нитратов и других потенциально опасных веществ, которые могут встречаться в питьевой воде. При выборе фильтрующего оборудования для дачи целесообразно провести тест на жесткость воды.
Как приблизительно оценить уровень жесткости воды?
Чтобы получить представление о жесткости воды, стоит ознакомиться со статистикой, которая демонстрирует средние показатели жесткости жидкости в данной местности. Этот подход пригоден как для городского водоснабжения, так и для индивидуальных скважин, при этом важно учитывать глубину их залегания.
