Tvrdost vody
Tvrdost vody je soubor chemických a fyzikálních vlastností vody spojených s obsahem rozpuštěných solí kovů alkalických zemin v ní , zejména vápníku , hořčíku a železa (tzv. soli tvrdosti ).
Tvrdá a měkká voda
Voda s vysokým obsahem soli se nazývá tvrdá , s nízkým obsahem měkká . Termín "tvrdý" ve vztahu k vodě se historicky vyvinul kvůli vlastnostem tkanin po vyprání mýdlem na bázi mastných kyselin - tkanina vypraná v tvrdé vodě je tvrdší na dotek. Tento jev se vysvětluje jednak sorpcí vápenatých a hořečnatých solí mastných kyselin tkaninou, které vznikají při procesu praní na makroúrovni. Na druhé straně textilní vlákna mají iontoměničové vlastnosti a v důsledku toho schopnost sorbovat multivalentní kationty na molekulární úrovni. Existuje dočasná (karbonátová) tvrdost , způsobená hydrogenuhličitany vápníku a hořčíku Ca (HCO 3 ) 2 ; Mg (HCO 3 ) 2 a stálá (neuhličitanová) tvrdost , způsobená přítomností dalších solí, které se při vaření vody neuvolňují: především sírany a chloridy Ca a Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2 ).
Tvrdá voda pokožku při mytí vysušuje, při použití mýdla špatně pění . Používání tvrdé vody způsobuje , že se na stěnách kotlů, v potrubích atd. objevují usazeniny ( usazeniny ). Použití příliš měkké vody může zároveň vést ke korozi potrubí, protože v tomto případě neexistuje žádná kyselina - základní pufrování , které je zajištěno hydrokarbonátovou (dočasnou) tvrdostí. Chuť přírodní pitné vody, jako je pramenitá voda , je dána právě přítomností a poměrem obsahu solí různé tvrdosti.
Tvrdost přírodních vod se může měnit v poměrně širokých mezích a není konstantní po celý rok. Tvrdost se zvyšuje odpařováním vody, klesá v období dešťů, stejně jako při tání sněhu a ledu.
Jednotky měření
Pro číselné vyjádření tvrdosti vody je v ní uvedena koncentrace kationtů vápníku a hořčíku . Doporučenou jednotkou SI pro měření koncentrace jsou moly na metr krychlový (mol/m³), v praxi se však pro měření tvrdosti používají stupně tvrdosti a miligramové ekvivalenty na litr (mg-eq/l).
V SSSR se do roku 1952 používaly stupně tvrdosti, které se shodovaly s německými. V Rusku se někdy k měření tvrdosti používala normální koncentrace iontů vápníku a hořčíku, vyjádřená v miligramových ekvivalentech na litr (mg-ekv/l) . Jeden meq/l odpovídá obsahu 20,04 miligramů Ca 2+ nebo 12,16 miligramů Mg 2+ na litr vody ( atomová hmotnost dělená mocenstvím ).
1. ledna 2014 Rusko zavedlo mezistátní normu GOST 31865-2012 „Voda. Jednotka tuhosti " [1] . Podle nové GOST se tuhost vyjadřuje ve stupních tvrdosti (°F). 1 °F odpovídá koncentraci prvku alkalické zeminy, číselně rovné 1/2 jeho milimolu na litr (1 °F = 1 mg-ekv/l).
Někdy je koncentrace uvedena na jednotku hmotnosti , nikoli na objem , zvláště pokud se může změnit teplota vody nebo pokud voda může obsahovat páru , což vede k významným změnám hustoty .
V různých zemích se používaly různé nesystémové jednotky (někdy se stále používají) - stupně tvrdosti.
| Stupeň | Označení | Definice | Hodnota | |
|---|---|---|---|---|
| °F | mmol/l | |||
| německy | °dH (deutsche Härte),
°dGH (stupně obecné tvrdosti), °dKH (pro uhličitanovou tvrdost) |
1 díl oxidu vápenatého (CaO) nebo 0,719 dílů oxidu hořečnatého (MgO) na 100 000 dílů vody | 0,3566 | 0,1783 |
| Angličtina | °e nebo °Clark | 1 zrno CaCO 3 až 1 anglický galon vody | 0,2848 | 0,1424 |
| francouzština | °TH nebo °F | 1 díl CaCO 3 na 100 000 dílů vody | 0,1998 | 0,0999 |
| americký | ppm | 1 díl CaCO 3 na 1 000 000 dílů vody | 0,0200 | 0,0100 |
| americký | gpg (zrno na galon) | 1 zrnko CaCO 3 až 1 americký galon vody | 0,3420 | 0,1710 |
Podle velikosti celkové tvrdosti se rozlišuje měkká voda (do 2 °F), střední tvrdost (2-10 °F) a tvrdá voda (více než 10 °F).
Tvrdost vody z povrchových zdrojů v průběhu roku výrazně kolísá; maximum je na konci zimy, minimum - v období povodní (např. tvrdost vody Volhy v březnu je 4,3 °F, v květnu - 0,5 °F [2] ). V podzemních vodách bývá tvrdost vyšší (do 8-10, méně často do 15-20 °J) a v průběhu roku se méně mění.
Metody eliminace
Odstranění nadměrné tvrdosti vody je jednou z fází úpravy vody .
- Tepelné změkčení . Na základě vroucí vody se v důsledku toho tepelně nestabilní hydrogenuhličitany vápníku a hořčíku rozkládají za tvorby vodního kamene:
![{\displaystyle {\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}{\xrightarrow[{}]{^{o}t))CaCO_{3}\downarrow +CO_{2}+H_{2}O }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5054b3c08d96b8b494c7a72935524fa53eb43fd7)
Varem se odstraní pouze přechodná (karbonátová) tvrdost. Najde uplatnění v běžném životě.
- Změkčení činidla . Metoda je založena na přidání uhličitanu sodného Na 2 CO 3 nebo hašeného vápna Ca (OH) 2 do vody . V tomto případě přecházejí vápenaté a hořečnaté soli do nerozpustných sloučenin a v důsledku toho se vysrážejí. Například přidání hašeného vápna vede k přeměně vápenatých solí na nerozpustný uhličitan:
Nejlepším činidlem pro odstranění obecné tvrdosti vody je ortofosforečnan sodný Na 3 PO 4 , který je součástí většiny domácích a průmyslových přípravků:
Ortofosforečnany vápníku a hořčíku jsou velmi špatně rozpustné ve vodě, proto se snadno oddělují mechanickou filtrací. Tato metoda je odůvodněna relativně vysokou spotřebou vody, protože je spojena s řešením řady specifických problémů: filtrace sedimentu, přesné dávkování činidla.
- Kationizace . Metoda je založena na použití iontoměničového granulárního plnění (nejčastěji iontoměničové pryskyřice). Takové zatížení při kontaktu s vodou absorbuje kationty solí tvrdosti (vápník a hořčík, železo a mangan). Na oplátku v závislosti na iontové formě poskytuje sodíkové nebo vodíkové ionty . Tyto metody se nazývají Na-kationizace a H-kationizace. Při správně zvolené iontoměničové zátěži klesá tvrdost vody při jednostupňové kationizaci sodíku na 0,05-0,1 °F, při dvoustupňovém - až 0,01 °F.
V průmyslu se pomocí iontoměničových filtrů nahrazují ionty vápníku a hořčíku ionty sodíku a draslíku, čímž se získá měkká voda.
- Reverzní osmóza . Metoda je založena na průchodu vody přes polopropustné membrány (obvykle polyamid). Spolu se solemi tvrdosti se odstraňuje i většina ostatních solí. Účinnost čištění může dosáhnout 99,9 %.
Existují nanofiltrace (podmíněný průměr otvorů membrány se rovná jednotkám nanometrů) a pikofiltrace (podmíněný průměr otvorů membrány se rovná jednotkám pikometrů). Je třeba poznamenat nevýhody této metody:
- potřeba předběžné přípravy vody dodávané na membránu reverzní osmózy;
- relativně vysoké náklady na 1 litr vyrobené vody (drahé zařízení, drahé membrány);
- nízká slanost výsledné vody (zejména u pikofiltrace). Voda se stává téměř destilovanou .
- Elektrodialýza . Je založena na odstraňování solí z vody působením elektrického pole. K odstranění iontů rozpuštěných látek dochází díky speciálním membránám. Stejně jako při použití technologie reverzní osmózy jsou kromě iontů tvrdosti odstraněny i další soli.
Destilací je možné kompletně vyčistit vodu od solí tvrdosti .
Klinický význam
Konzumace tvrdé nebo měkké vody obvykle není zdraví nebezpečná, nicméně ruské normy uvádějí, že vysoká tvrdost přispívá k tvorbě močových kamenů a nízká tvrdost mírně zvyšuje riziko kardiovaskulárních onemocnění [3] .
Používání tvrdé vody ke krmení a koupání novorozenců zvyšuje riziko atopické dermatitidy a/nebo ekzému u dětí. Průměrný věk prvních příznaků je 3 měsíce. Objevení se ekzému navíc spouští mechanismus rozvoje autoalergií podél řetězce „atopického pochodu“ – od ekzému po potravinové alergie a astma . [čtyři]
Poznámky
- ↑ Mezistátní norma GOST 31865-2012 "Voda. Jednotka tvrdosti Archivováno 2. dubna 2016 na Wayback Machine .
- ↑ Chemická encyklopedie. - M .: Sovětská encyklopedie, 1990. T. 2. S. 145.
- ↑ SanPiN 2.1.4.1116-02 „Pitná voda. Hygienické požadavky na kvalitu vody balené v nádobách. Kontrola kvality.“, Příloha 2, s.34
- ↑ Tvrdá voda spojená s dětským ekzémem . Datum přístupu: 23. října 2014. Archivováno z originálu 23. října 2014.