К каким последствиям приводит жесткость воды. Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения

Муниципальное казенное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №11 городского округа город Михайловка Волгоградской области»

Кружок «Юный эколог»

Тема: «Влияние жесткой воды на организм человека и способы её очистки»

ученица 10 класса.

Руководитель: Попова Татьяна Васильевна

МКОУ «СОШ № 11», учитель химии.

2015 год

I . Введение

1. Актуальность исследования________________________________________________3

2. Объект и место исследования_______________________________________________3

3.Цель, задачи и методы исследования_________________________________________4

3. Обзор литературы по выбранной теме_____________________________________ _4-5

3.1. Жёсткая вода, виды жесткости и её происхождение _________________________ _5

3.2.Связь жёсткости воды с геологическим строением территории Михайловки_______5

3.3..Жёсткая вода и влияние солей жесткости на организм человека_______________6-7

3.4. Способы очистки питьевой воды _________________________________________7-8

II . Методика исследования

1.Доказательства жёсткости воды.______________________________________________9

2.Сравнительный анализ бытовых фильтров___________________________________9-12

3.Анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях

учащихся нашей школы с 5 по 11 классы._____________________________________12-14

4. Определение финансовых затрат на решение проблемы чистой воды

в начальной школе________________________________________________________14-15

III . Заключение__________________________________________________ ____ ______ 16

IV .Список литературы ______________________________________________________17

I .Введение

На занятии кружка «Юный эколог» мы занимаемся изучением экологических проблем нашего микрорайона: села Себрово и посёлка Новостройка. Я живу в с. Себрово, меня заинтересовала проблема жесткости воды в школе и дома, (мой дом находится рядом со школой). Тема моей исследовательской работы: «Жёсткая вода и её влияние на организм человека».

Гипотеза, выдвинутая мной: вода по своему химическому составу жёсткая. Жёсткая вода оказывает негативное влияние на организм человека.

1. Актуальность исследования

Вода необходима для жизни, производственных, сельскохозяйственных нужд человека. Каждый из нас нуждается в чистой воде. Она - основа здоровой жизни. К сожалению, мы не можем полагаться на чистоту воды прямо из крана. Даже если она прозрачна на вид и отсутствует неприятный запах, вода содержит невидимые невооруженным глазом загрязнения, которые являются угрозой для нашего здоровья. Из воды, поступающей к нам в дом через водопровод, в настоящее время выделено свыше двух тысяч различных загрязнений. В списках значатся пестициды, гербициды, свинец, моющие средства и др. Через воду распространяются возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии, холеры и др.). До 30% заболеваний на Земле возникает из-за плохой питьевой воды и неисправности канализации.

2. Объект и место исследования.

Объектом является подземная вода с. Себрово.

Предметом данной исследовательской работы является изучение эффективности применения различных фильтров для снижения жёсткости воды.

Место исследования – с. Себрово. ул.Сибирская №42 (это мой домашний адрес),

ул. Байкальская №26 (это адрес моей школы).

Сроки проведения: сентябрь – октябрь 2015 года.

3.Цель, задачи и методы исследования.

Цель работы : выявить влияние жёсткости воды на организм человека и оценить существующие способы очистки воды.

В процессе выполнения моей исследовательской работы я поставила перед собой следующие задачи:

Изучить влияние жёсткости воды на организм человека.

Дать анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях учащихся нашей школы с 5 по 11 классы.

Проверить, как решается проблема жёсткой воды в школе.

Методы исследования:

1.Наблюдение.

3. Обобщение.

4.Статистический метод.

3. Обзор литературы по выбранной теме:

3.1. Жёсткая вода, виды жесткости и её происхождение.

В ходе работы были изучены публикации отечественных и зарубежных авторов по проблемам жёсткости воды, свойств жёсткой воды, а также влияния жёсткой воды.

Что такое жёсткая вода.

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Степень жесткости зависит от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквивалент на литр (мг-экв/л). По нормативам ГОСТА воду – более 7 мг – экв. л – принято считать жёсткой. Жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, приготовлении пищи жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. Катионы Ca и Mg взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок (Ca 2+ взаимодействует с HCO3 - ,Mg 2+ + с SO4 2-) Жесткость воды во многом определяет пригодность воды для использования как промышленных, так и в бытовых целях.

Виды жесткости:

Карбонатная жесткость. Присутствуют в воде гидрокарбонаты и кальция и магния. Устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. Некарбонатная жесткость. Присутствуют сульфаты и хлориды кальция и магния. При кипячении не устраняется (постоянная жесткость). Общая жесткость представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткости.

Происхождение жесткости.

Ионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ , а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов CaCO 3 MgCO 3 . 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. CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3 ) 2 . . Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий. 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.

3.2.Связь жёсткости воды с геологическим строением территории Михайловки.

Геогорнотехнические системы находятся под влиянием разновозрастных водоносных горизонтов. В пределах Доно-Медведицкого вала на условия добычи известняков оказывает влияние водоносный средне-верхнекаменноугольный комплекс (C2-3), при добыче мела – водоносный альбсеноманский терригенный комплекс (K1 al-s) и локально-водоносный турон-коньякский меловой комплекс (K2 t-k) . На этой территории прослеживается наибольшая глубина залегания грунтовых вод – более 20 м. ГТС Приволжской возвышенности расположены в зоне палеогенового (P), неогенового N2 1er (ергенинского) и неоген-четвертичного терригенно-аллювиального (N+Q) водоносных комплексов . Здесь глубина грунтовых вод составляет до 20 м.

3.3.Жёсткая вода и влияние солей жесткости на организм человека.

1. Оказывается, чем жестче вода, тем хуже она оказывает влияние на организм. Жесткость воды неблагоприятно влияет на кожу, обусловливая ее преждевременное старение. При взаимодействии солей жесткости с моющими веществами происходит образование осадков в виде пены, которая после высыхания остается в виде микроскопической корки на человеческой коже, на волосах. Главным отрицательным воздействием этих осадков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку (защищающую кожу от старения и неблагоприятных климатических воздействий), которой всегда покрыта нормальная кожа. Из-за этого забиваются поры, появляются сухость, шелушение, перхоть. Кожа не только рано стареет, но становится аллергичной и чувствительной к раздражениям.

2. Высокая жесткость оказывает отрицательное действие на органы пищеварения. Соли жесткости, соединяясь с животными белками, находящимися в нашей пище, оседают на стенках пищевода, желудка, кишечника, мешая перистальтике, вызывая дисбактериоз, нарушая работу ферментов и отравляя организм. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме.

3.Больше всего от воды переполненной ионами кальция и магния страдает сердечно - сосудистая система. (Ca контролирует ритм сердца, необходим для сокращения и релаксации, в том числе и сердечной мышцы)

4.Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к заболеванию суставов (артриты, полиартриты). В человеческом теле можно выделить семь основных типов соединения костей, обеспечивающих различную степень их подвижности. Между соединяемыми элементами находится прозрачно-желтая жидкость, называемая в медицине синовиальной. Она играет роль смазки, позволяя костям легко поворачиваться относительно друг друга в месте соединения. Если же вместо такой жидкости там оказываются неорганические минералы, поступившие с питьевой водой, и ядовитые кристаллы, то каждое такое перемещение будет даваться человеку с трудом, вызывая при этом болезненные ощущения.

5.Существует мнение, что жесткость воды приводит к образованию камней в почках и желчных путях. Интересен тот факт, что камни в почках образуются из-за недостатка кальция в пище. Научные эксперименты доказывают, что камни формируются не из кальция, усвоенного из пищи. Были проведены эксперименты с использованием радиоактивных меток на кальции в пище. Когда почечные камни и шпоры позже исследовались, в них не было ни единого радиоактивного кальция. Таким образом, было доказано, что 100% почечных камней и костяных шпор строятся из кальция, выщелачиваемого из костей для нейтрализации кислотности жидких сред организма. С другой стороны, Mg является антагонистом Ca в обменных процессах. При избытке Mg увеличивается выведение Ca из организма, то есть Mg начинает вытеснять Ca из тканей и костей, что ведёт к нарушению нормального костеобразования.

3.4. Способы очистки питьевой воды

Кипячение

Кипячение является самым доступным способом, который позволяет провести эффективное очищение воды для питья в домашних условиях. Кипятить воду следует примерно 15 минут, что поможет уберечь себя и близких от возбудителей серьёзных заболеваний. Кипячение позволяет сделать воду более мягкой и очистить её от солей, которые оседают на стенки и дно сосуда. После кипячения воду, находящуюся на дне, рекомендуется слить.

Перед употреблением кипячёная вода должна немного отстояться, держать её можно в закрытом сосуде, чтобы избежать попадания пыли и болезнетворных микроорганизмов. Так как в кипячёной воде очень быстро развиваются микробы, хранить её долго не следует. Минусом такого способа очищения питьевой воды является то, что под воздействием хлора и высокой температуры увеличивается содержание вредных примесей органического характера, которые не добавляют здоровья нашему организму.

Отстаивание . Обезопасить воду для питья в домашних условиях поможет метод отстаивания. Отфильтрованную воду из колодца (или воду из водопровода) поставить отстаиваться на 5-6 часов. В нижней части посуды соберется вода, обогащенная веществами с большим удельным весом (карбонат кальция, некоторые тяжелые металлы и др.). Эту часть жидкости (примерно 1/3 часть) нужно слить (аккуратно, чтобы не взбаламутить жидкость, опускаем туда тонкий резиновый шланг, втягиваем в себя воздух, как делают автомобилисты или аквариумисты и сливаем).

Замораживание . Очищение в домашних условиях питьевой воды можно провести с помощью её частичного замораживания. Следует отметить, что вначале происходит замерзание более чистой и пресной воды, затем кристаллизируется вода, содержащая различные примеси и соли. Для проведения такой операции берётся отстоянная вода, которую наливают в ёмкость и ставят в морозильную камеру. Очень важно так рассчитать время, чтобы вода замёрзла примерно наполовину, именно замёрзшая часть впоследствии используется для питья и приготовления пищи. Следует отметить, что талая вода претерпевает некоторых структурных изменений, которые создают определённый целебный эффект. В зимнее время года очищать воду для питья можно с помощью природных сил, проводя замораживание на чистом открытом воздухе. Такая вода сохраняет целебные свойства ещё на протяжении некоторого времени после оттаивания.

II . Методика исследования

1.Доказательства жёсткости воды.

Цель: доказать, что вода на территории с. Себрово является жёсткой.

Ход работы :

в течение 2 месяцев я кипятила воду в одной ёмкости, не добавляя пищевую соду. При визуальном осмотре наблюдается большое количество накипи, что свидетельствует о большом содержании гидрокарбонатов кальция и магния.

Вывод : подземнаявода с. Себрово является жёсткой.

2.Сравнительный анализ бытовых фильтров.

Цель: сравнить бытовые фильтры по степени очистки воды и дать рекомендации эффективности их использования.

Название и внешний вид

Принцип работы

Слож-ность установ-ки

Преимущества

Недостатки

Двухколбовые проточные фильтры

В этом варианте используются два картриджа. Это может быть либо механика и уголь, либо механика и ионообменная смола. Выбор картриджа зависит от того, нужно умягчить воду (используется ионообменная смола) или убрать хлор (уголь) Умягчение воды с помощью ионообменной смолы происходит благодаря удалению из жидкости ионов кальция и магния, а также солей, вызывающих жесткость воды. Ионообменный картридж может самостоятельно регенерироваться в домашних условиях по истечению ресурса.

Требуется

специа-лист

угие загрязнения;

Трехколбовые проточные фильтры

Активированный уголь удаляет хлор, хлорорганические соединения, фильтр, а также уже очищенную воду от микроорганизмов; Слой из спрессованного активированного кокосового угля очищает воду на последнем этапе от всех остатков вредных веществ, в том числе, от частичек фильтрующих элементов. Ионообменная смола снижает жесткость и минерализацию воды, удаляет из нее цветные и тяжелые металлы, соединения железа и радионуклиды; Пористое полипропиленовое волокно удаляет из воды механические примеси, задерживает частички фильтрующих элементов; Полимерный сорбционный материал удаляет органические соединения, которые дают воде желтый цвет, также удалит остаточное железо и алюминий; Смесь активированных углей с добавкой серебросодержащего компонента удаляет остатки хлора, органических соединений и железа. Улучшает вкус и запах очищенной воды и гарантируется микробиологическую стабильность очищенной жидкости;

Требуется

Если выбрать картридж с тремя колбами оптимально правильно, то можно будет убрать из воды 99% хлора, запаха и хлорорганики, диоксинов,также 80% жесткости воды, 75% железа и 60% органики.

Подключаются к водопроводу напрямую; Нет ограничений в количестве чистой воды, которую можно получить; Отдельный удобный кран, который всегда впишется в интерьер Эстетичный внешний вид. Фильтр устанавливается под раковиной и его просто не видно; проточный фильтр дает более высокую степень очистки воды. Большие ресурсы картриджей.

Сложная замена картриджа , при установке требу ет дополнительн ый монтаж, пропускают вирусы, бактерии и другие загрязнения;

Высокая цена.

Настольные проточные фильтры

О чищает воду от загрязнений, хлора, нерастворимых примесей, смягчает воду, корректирует содержание железа и тяжелых металлов, снижает степень минерализации. Картридж рассчитан на очистку 1000-2000 литров

Не требуется

Не требует дополнительно монтажа. Просто его надо подключить к крану с питьевой водой

Габариты.

Фильтры-кувшины

Скорость фильтрации «кувшинов» равняется от 0,05 до 0,25 литров в минуту .

Кассета БАРЬЕР-6 (Жесткость) содержит высококачественную ионообменную смолу, которая эффективно снижает содержание ионов кальция и магния в воде, уменьшая ее жесткость и таким образом производя эффективное умягчение воды.

Не требуется

Небольшая цена: стильный фильтр-кувшин стоит порядка 400 рублей, а картридж – от 100 до 300 рублей.

Один картридж очищает – 100-400 литров

Вывод: при сравнительной характеристике различных бытовых фильтров – наибольшее число преимуществ имеет фильтр – кувшин с кассетой «Барьер», который по цене доступен большинству населения и не требует установки.

3.Анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях учащихся нашей школы с 5 по 11 классы.

А. Цель: провести статистический анализ среди учащихся с 5 по 11 классы по следующим вопросам:

1) осведомлённость учащихся о воздействии жёсткой воды на организм человека;

2) использование различных способов очистка в домашних условиях;

Ход работы :

Среди учащихся с 5 по 11 классы были проведены анкеты, результаты обработки, которых приведены ниже:

Всего в классе

Владеют информацией о влиянии жёсткой воды для здоровья человека

Не владеют информацией о влиянии жёсткой воды для здоровья человека

Используют для уменьшения жёсткости воды:

Кипячение

Бутилиро-

ванную воду

Другие методы

(привозная вода из городских колонок)

Вывод: осведомлённость учащихся о влиянии жёсткой воды на организм человека возрастает с возрастом, это зависит от информации, которую получают на уроках экологии и химии. Предпочитаемые способы очистки воды – это различные фильтры.

Б. Цель: выявить предпочитаемые виды фильтров, которые используют семьи учащихся с 8 по 11 классы.

Всего фильтров

Двух- и трёхколбовые проточные фильтры

Настольные проточные фильтры

Фильтры – кувшины с кассетой «Барьер»

Вывод: наименьшее количество использованиядвух- и трёхколбовых проточных фильтров и наибольшее – фильтров- кувшинов связано со сложностью установки и ценой товара.

4. Определение финансовых затрат на решение проблемы чистой воды в начальной школе.

Цель: определитьзатраты на одного ученика в год при использовании бутилированной воды в начальной школе.

Ход работы:

Все классы начальной школы покупают бутилированную воду «Источник в песках». Я взяла для расчёта 3 класса:

Количество учащихся

За какое время используется

Стоимость 1 бутыли

Сумма на 1 ученика за месяц

Сумма на 1 ученика за учебный год

(округляем до рублей)

19 руб. 20 коп.

17 руб. 14 коп.

155 рублей

18 руб. 46 коп.

167 рублей

Вывод: расчёты показали, что расходы на бутилированную воду «Источник в песках» в течение года незначительны и разве возможно сравнить здоровье и ту сумму, которая тратится на чистую воду.

Природная питьевая вода от Производства Кумылженских минеральных вод добывается из скважины глубиной 140 м в районе станицы Кумылженской Волгоградской области. То есть в экологически чистом районе, расположенном на территории природного парка «Нижнехоперский», в трехречье Дона, Хопра и Медведицы. Технология обработки. В станице Кумылженская Волгоградской области находится производство по добыче воды. Производство представляет собой завод с отдельными цехами по розливу 18,9л. и 5 л. тары, тёплыми складскими помещениями. Общая площадь производства 300000 кв.м. Производство всё механизировано. Местные песчаные породы являются великолепным природным фильтром, поэтому вода от Производства Кумылженских минеральных вод настолько чиста, что её обработка заключается только в механической очистке. Ее химический состав не подвергается ни малейшему изменению. Розлив осуществляется на высокопроизводительном американском оборудовании Cap Snap, используется паллетная погрузка продукции. Предприятие работает с 2002 года, стабильно сохраняя качество продукции. Качество, по мнению специалистов, химический состав воды очень схож с чистейшей водой озера Байкал ...

III . Заключение

На основании проведённых исследований я сделала следующие выводы:

По результатам исследования вода в микрорайоне Новостройка – жесткая.

Жесткая вода оказывает негативное влияние на здоровье человека (на основании изученной литературы).

Жёсткость может оказать отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека, оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Она негативно влияет на органы пищеварения, суставы.

Жесткая вода устраняется в процессе кипячения.

Необходимо применять бытовые фильтры для устранения жесткости питьевой воды.

Самое дорогое для человека – это здоровье. Поэтому наши родители и мы должны делать всё необходимое для его сохранения. Проблема чистой воды очень важная. Практически каждая семья может выбрать тот способ очистки воды, который доступен по цене. С результатами своей работы выступила на заседании кружка «Юный эколог». Подготовила буклет на тему: «Чистая вода - залог здоровья человека» (Приложение 1) и провела работу среди учащихся 7-9 классов по теме моей работы.

В перспективе, планирую продолжить пропаганду использования чистой воды среди взрослого населения на родительских собраниях.

Список литературы

1. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2009 году. – М. : Глобус, 2010. – 304 с. 4.

2.Журин А.А. «Лабораторные опыты и практические работы по химии» (учебное пособие) – М., «Аквариум», 1997

3.Лурье Ю. Ю., Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., 1984. В. А. Гладков.

4.Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, под ред. А. Д. Семенова. Л., 1977 5. Унифицированные методы исследования качества вод. ч. 1. Методы химического анализа вод. кн. 1, 2, 3 изд.. М., 1977

6.Шевченкова Т.Ф. «Геология Брянской области» Брянск, 1992 7.Интернет http://

http://nsportal.ru/sites/default/files/2014/05/20/zagryaznenie_vody.docx

7.Энциклопедия по экологии. – М., Аванта плюс, 2003.

"Жесткая" вода - одна из самых распространенных проблем, причем как в загородных домах с автономным водоснабжением, так и в городских квартирах с централизованным водопроводом. Степень жесткости зависит от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквиваленте на литр (мг-экв/л). По американской классификации (для питьевой воды) при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л вода считается "мягкой", от 2 до 4 мг-экв/л - нормальной (повторяем, для пищевых целей!), от 4 до 6 мг-экв/л - жесткой, а свыше 6 мг-экв/л - очень жесткой.

Для многих применений жесткость воды не играет существенной роли (например, для тушения пожаров, полива огорода, уборки улиц и тротуаров). Но в ряде случаев жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, мытье машины жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. И вот почему:

• При использовании мягкой воды расходуется в 2 раза меньше моющих средств;
• Жесткая вода, взаимодействуя с мылом, образует "мыльные шлаки", которые не смываются водой и оставляют малосимпатичные разводы на посуде и поверхности сантехники;
• "Мыльные шлаки" также не смываются с поверхности человеческой кожи, забивая поры и покрывая каждый волос на теле, что может стать причиной появления сыпи, раздражения, зуда;
• При нагревании воды, содержащиеся в ней соли жесткости кристаллизуются, выпадая в виде накипи. Накипь является причиной 90% отказов водонагревательного оборудования. Поэтому к воде, подвергаемой нагреву в котлах, бойлерах и т.п., предъявляются на порядок более строгие требования по жесткости;
• Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.
• 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 жесткостью 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. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л)

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование "мыльных шлаков" в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство "жестких" волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный "скрип" чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство "мылкости" после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

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.

Оценить общую жесткость воды, при некоторых ограничениях, можно при помощи обычного кондуктометра -

Степень жесткости воды обуславливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+), магния (Мg 2+), стронция (Sr 2+), бария (Ва 2+), железа (Fе 2+), марганца (Мn 2+). Причем, содержание ионов кальция и магния значительно превышают концентрации других перечисленных ионов вместе взятых. Поэтому в России принято отпределять значение жёсткости как сумму содержащихся в воде ионов кальция и магния, выраженную в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 мг Са 2+ или 12,16 мг Мg 2+ .

Различают карбонатную (временную, устраняемую кипячением) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная - присутствием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.

Временной жесткость называется потому, что при кипячении гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются, и выпадают в осадок в виде карбонатов. Химическая реакция этого процесса выглядит следующим образом:

Ca(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2

Выпадающий осадок образует налёт (так называемую накипь) на стенках посуды, в которой кипятится вода. После кипячения и выпадения гидрокарбонатов в осадок вода становиться более «мягкой».

Постоянная жесткость обусловлена наличием в воде устойчивых химических соединений сульфатов, хлоридов, силикатов и некоторых других солей кальция и магния, которые при кипячении в осадок не выпадают и не удаляются. Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость воды.

Общая жесткость воды, нормативы

Мировая практика контроля качества потребляемой для питья воды (нормы Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ISO, а также нормативы США) не нормируют жесткость питьевой воды - только отдельно содержание в воде ионов кальция и магния. По российским нормам () жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Что же происходит при превышении этого значения? Оказывается, что при жесткости воды выше 7 мг-экв/л значительно увеличивается скорость зарастания труб известковыми отложениями, что уменьшает их срок службы и увеличивает эксплуатационные затраты. А при очень низкой жесткости воды приобретает сильные коррозионные свойства. Активное использование пластика и металлопластика в последнее время позволяет снять ограничения на использование мягкой воды.

Общая жесткость воды, классификации

Классификации природной воды по степени жёсткости отличаются в разных странах, а также могут подразделяться в зависимости от целей использования воды.

Самая общая классификация выглядит следующим образом:

По американской классификации питьевая вода считается «мягкой» при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л, нормальной- от 2 до 4 мг-экв/л, жесткой - от 4 до 6 мг-экв/л, и очень жесткой - свыше 6 мг-экв/л. Стоить заметить, что подобная классификация справедлива для воды, использующейся для питьевых нужд. Вода, находящаяся в системах горячего водоснабжения и контактирующая с любыми нагревательными элементами, для нормального функционирования системы должна быть более мягкой. Тут не обойтись без установки , в частности - . При этом, если вода поступает из частной скважины, скорее всего, потребуется предварительное .

Перерасход моющих средств

В жесткой воде из обычного мыла (в присутствии ионов кальция) образуются мыльные шлаки - неарстворимиые соединения, не несущие никаких полезных функций. И пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткости воды, образование пены не начнется. Происходит значительный перерасход моющих стредств. После высыхания такие мыльные шлаки остаются в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже и волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим).

Негативное воздействие на ткани

Жёсткая вода плохо подходит для стирки и мытья. Почему? При контакте мыла или порошка с жесткой водой катионы солей жесткости (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+) реагируют с анионами жирных кислот, входящими в состав мыла, и образуют малорастворимые соединения, например стеарат кальция Ca(C 17 H 35 COO) 2 . Эти осадки постепенно забивают поры ткани и она перестает пропускать воздух и влагу, волокна становятся грубыми и неэластичными. Цвета изделия тускнеют и приобретают серо-желтый оттенок. Осевшие на ткани «известковые мыла» лишают ее прочности.

Раздражение кожи

При попадании «хлопьев жесткости» на кожу человека происходит разрушение естественной жировой плёнки, которая защищает кожу от неблагоприятного влияния окружающей среды, а также забиваются поры. Признаком такого негативного воздействия является появляющийся после принятия душа характерный «скрип» кожи или волос. На самом деле, вызывающая у некоторых раздражение «мылкость» кожи после пользования мягкой водой - верный признак того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. Либо пользоваться жёсткой водой и компенсировать нарушение покрытия лосьонами, умягчающими и увлажняющими кремами и прочими хитростями для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила природа.

Сокращение срока службы оборудования

При нагревании воды с жесткостью более 4 мг-экв/л на фоне высокой щелочности и уровня pH происходит интенсивное выпадение в осадок карбоната кальция в виде накипи (трубы «зарастают», на нагревательных элементах образуется белый налёт). Именно поэтому нормы Котлонадзора нормируют величину показателя жесткости воды, используемой для подпитки котлов (0.05—0.1 мг-экв/л). Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.

Влияние на здоровье

Всемирная Организация Здравоохранения регламентирует значения жесткости воды по показаниям влияния на здоровье. В материалах организации говорится, что хотя ряд статистических исследований и выявил обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и заболеваниями сердечно-сосудистой системы, полученных данных всё же не достаточно для определения причинно-следственной связи между этими явлениями. Так же, не доказательств, что мягкая вода оказывает негативное влияние на баланс микроэлементов в организме человека. Ряд исследований говорит о том, что усвояемость человеком важных минеральных веществ из воды крайне низка, и основную часть их он получает из пищи.

В зависимости от местных условий приемлемая жёсткость для использования воды в качестве питьевой может несколько варьироваться. В некоторых случаях для потребителя приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Порог вкуса для иона кальция (в пересчете на мг-эквивалент) находится в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. Так, у воды с высокой жёсткостью может наблюдаться горьковатый привкус. А длительное употребление жёсткой воды (как правило сопровождающейся высокой общей минерализацией) приводит к проблемам желудочно-кишечного тракта.

Обратная сторона медали

Необходимо также заметить, что вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л обладает низкими буферными свойствами (щелочностью) и может, в зависимости от уровня рН и некоторых других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на поверхности труб и отопительный техники. Поэтому в ряде случаев, особенно при в котельных приходиться дополнительно проводить специальную , что позволяет добиться оптимального соотношения между коррозийной активностью воды и её жесткостью.

• жёсткой называется вода с большим содержанием солей,
• мягкой с малым содержанием

• временная (карбонатная) жёсткость , - обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2 ,
• постоянная (некарбонатная) жёсткость - вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2).

Нормы жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:

Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:

Жесткость воды в некоторых городах мира - данные МВК - неизвестной достоверности:)

• Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
  • кальций - 20-80 мг/л; магний - 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
• Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
  • кальций - норматив не установлен; магний - не более 50 мг/л; жесткость - не более 7°Ж.
• Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):
  • кальций - 25-130 мг/л; магний - 5-65 мг/л; жесткость - 1,5-7°Ж.
• По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана

Перевод единиц и градусов жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:

• американские градусы жесткости воды , внимание тут два пункта:
  • gpg = Grains per Gallon : 1 (0.0648 г) CaCO 3 в 1 (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО 3 - это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
  • американский градус = w = mg/L = American degre: 1 часть CaCO 3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO 3
• английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 (0.0648 г) в 1 (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO 3
• французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO 3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO 3
• 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 CaCO 3 or 20.04 мг/л Ca2+
• ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO 3 or 40.08 мг/л Ca2+

Методы устранения жесткости воды

• Термоумягчение . Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
  • Ca(HCO 3)2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
  • 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:
  • Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
• Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
  • 3Ca(HCO 3)2 + 2Na 3 PO4 → Ca 3 (PO4)2↓ + 6NaHCO 3
  • 3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4
• 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, отдаёт ионы натрия или 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 %.
  • Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).
  • В качестве недостатков данного метода следует отметить:
    • - необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
    • - относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
    • - низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.

• 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.

• Дистиляция: Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией .

Нередко покупатели хотят узнать у нас, как у специалистов, подробнее о том, что такое жесткая и мягкая вода, какие у них особенности и как смягчить воду. Мы подготовили несколько статей об этом. Надеемся, в них вы найдете ответы на большинство вопросов о жесткой и мягкой воде.

Что такое жесткая и мягкая вода?

Говоря простым языком, жесткая вода — это H2O с большим количеством растворенных в ней солей щёлочноземельных металлов, в основном, кальция и магния (а точнее, катионов Са и Mg), а мягкая — с малым их количеством. Измеряют количество так называемых «солей жесткости» в H2O в миллиграмм-эквивалентах на литр — мг-экв./л. Один мг-экв./л. означает, что в литре воды содержится 20,04 мг катионов Са или 12,16 мг катионов Mg (атомная масса, поделенная на валентность).

Классификаций жесткости воды существует несколько. В России вода считается жёсткой, если в ней более 10 мг-экв./л солей. Вода, в которой содержится от 2 до 10 мг-экв./л. солей, считается средне жесткой, а вода с концентрацией солей менее 2 мг-экв./л. считается мягкой.

Интересный факт: дождевая вода мягкая, так как перед тем, как пролиться дождем, она испарялась. В процессе парообразования «соли жесткости» не могли испаряться вместе с ней, то есть были естественным образом отфильтрованы. Жесткой вода становится, проходя через почву и собирая соли из нее.

Откуда взялись названия «жесткая» и «мягкая»

Люди издревле отмечали, что, постирав вещи в одной воде, они высыхают, оставаясь мягким, а постирав в другой — становятся грубыми, жесткими. Логично, что воду, «делающую» воду мягкими, они стаи называть мягкой, а жесткими «жесткой».

Кстати, иногда люди считают мягкую воду «живой, а жесткую «мертвой». Это неправильно. Да, такие понятия как «живая» и «мертвая» вода существуют. Конечно, они не имеют отношения к сказкам и мифам о целебности живой воды и губительности мертвой. Просто существуют теории, пока не получившие официального признания, но и не опровергнутые, что вода со щелочной реакцией имеет некоторые полезные свойства, ее и называют живой. Кислотную воду, соответственно, называют мертвой. С мягкостью или жесткостью воды это связано мало.

Почему вещи становятся жесткими после стирки в жесткой воде?

Потому, что соли забивают поры нитей, делая их менее эластичными и грубыми. Кроме того, жесткая вода придает вещам неприятный серый или желтоватый оттенок, портит их цвет. Конечно, от одной или нескольких стирок в такой воде ничего не случится, но регулярное ее использование сократит срок службы вещи и срок ее хорошего внешнего вида.

Жесткость воды бывает постоянной и временной

Гидрокарбонаты магния и кальция делают воду временно жесткой, так как распадаются при кипячении и выпадают в виде нерастворимого осадка. Накипь на дне и стенках чайника — это, чаще всего карбонаты магния и кальция, образовавшиеся из гидрокарбонатов с выделением воды и углекислого газа. Так выглядит превращение гидрокарбоната кальция: Са(НСО3)2 -----> СаСО3 + Н2О + СО2, и магния: Mg(НСО3)2 -----> MgСО3 + Н2О + СО2.

Магниевые и кальциевые соли серной, соляной, азотной и других сильных кислот не разлагаются при кипячении, H2O с большим их количеством все равно остается жесткой, отсюда и название «постоянная жесткость».

Воду с постоянной жесткостью тоже можно смягчить, и в дальнейших статьях мы расскажем, как это сделать и зачем.