Veden kovuus

Veden kovuus on joukko veden kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, jotka liittyvät siihen liuenneiden maa- alkalimetallisuolojen , pääasiassa kalsiumin , magnesiumin ja raudan (ns. kovuussuolat ) pitoisuuteen.

Kova ja pehmeä vesi

Vettä, jonka suolapitoisuus on korkea, kutsutaan kovaksi , vähäsuolaista vettä kutsutaan pehmeäksi . Termi "kova" suhteessa veteen on historiallisesti kehittynyt kankaiden ominaisuuksien vuoksi sen jälkeen, kun ne on pesty rasvahappopohjaisella saippualla - kovalla vedellä pesty kangas on kovempaa koskettaa. Tämä ilmiö selittyy toisaalta rasvahappojen kalsium- ja magnesiumsuolojen sorptiolla kankaaseen, joita muodostuu pesuprosessin aikana makrotasolla. Toisaalta kangaskuiduilla on ioninvaihto-ominaisuuksia ja sen seurauksena kyky sorboida moniarvoisia kationeja molekyylitasolla. Kalsium- ja magnesiumbikarbonaattien Ca (HCO 3 ) 2 vuoksi on tilapäistä (karbonaatti)kovuutta ; Mg (HCO 3 ) 2 ja vakio (ei-karbonaattinen) kovuus , joka johtuu muiden suolojen läsnäolosta, joita ei vapaudu kiehuvan veden aikana: pääasiassa Ca- ja Mg- sulfaatit ja -kloridit (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl) 2 ).

Kova vesi kuivattaa ihoa pesussa, se ei vaahtoa hyvin saippuaa käytettäessä . Kovan veden käyttö aiheuttaa sedimentin ( hilsettä ) muodostumista kattiloiden seinille, putkiin jne. Samaan aikaan liian pehmeän veden käyttö voi johtaa putkien korroosioon , koska tässä tapauksessa ei ole happoa - emäspuskurointi , jonka aikaansaa hiilikarbonaatti (väliaikainen) kovuus. Luonnollisen juomaveden, kuten lähdeveden , maku johtuu nimenomaan eri kovuussuolojen läsnäolosta ja pitoisuuden suhteesta.

Luonnonvesien kovuus voi vaihdella melko suurissa rajoissa, eikä se ole vakio ympäri vuoden. Kovuus kasvaa veden haihtuessa, laskee sadekauden aikana sekä lumen ja jään sulaessa.

Mittayksiköt

Veden kovuuden numeerista ilmaisua varten ilmoitetaan kalsium- ja magnesiumkationien pitoisuus siinä . Suositeltu SI -yksikkö pitoisuuden mittaamiseen on moolia kuutiometriä kohden ( mol/m³), mutta käytännössä kovuuden mittaamiseen käytetään kovuusasteita ja milligrammaekvivalenttia litraa kohti ( mg-eq/l).

Neuvostoliitossa käytettiin vuoteen 1952 asti kovuusasteita, jotka olivat samat kuin saksalaiset. Venäjällä kovuuden mittaamiseen käytettiin joskus normaalia kalsium- ja magnesium-ionien pitoisuutta milligrammaekvivalentteina litrassa (mg-eq/l) . Yksi mekvivalentti/l vastaa pitoisuutta 20,04 milligrammaa Ca 2+ tai 12,16 milligrammaa Mg 2+ litrassa vettä ( atomimassa jaettuna valenssilla ).

Venäjä otti käyttöön 1. tammikuuta 2014 osavaltioiden välisen standardin GOST 31865-2012 "Vesi. Jäykkyyden yksikkö " [1] . Uuden GOST:n mukaan jäykkyys ilmaistaan kovuusasteina (°F). 1 °F vastaa maa-alkalielementin pitoisuutta, joka on numeerisesti 1/2 sen millimoolista litrassa (1 °F = 1 mg-eq / l).

Joskus pitoisuus ilmoitetaan massayksikköä , ei tilavuutta kohti , varsinkin jos veden lämpötila voi muuttua tai vesi voi sisältää höyryä , mikä johtaa merkittäviin tiheyden muutoksiin .

Eri maissa käytettiin erilaisia ei-systeemisiä yksiköitä (joskus käytetään edelleen) - kovuusasteita.

Tutkinto	Nimitys	Määritelmä	Arvo
Tutkinto	Nimitys	Määritelmä	°F	mmol/l
Deutsch	°dH (deutsche Härte), °dGH (yleisen kovuuden asteet), °dKH (karbonaattikovuus)	1 osa kalsiumoksidia (CaO) tai 0,719 osaa magnesiumoksidia (MgO) per 100 000 osaa vettä	0,3566	0,1783
Englanti	°e tai °Clark	1 jyvä CaCO 3 - 1 gallona vettä	0,2848	0,1424
Ranskan kieli	°TH tai °F	1 osa CaCO 3 :a per 100 000 osaa vettä	0,1998	0,0999
amerikkalainen	ppm	1 osa CaCO 3 1 000 000 osaa vettä kohti	0,0200	0,0100
amerikkalainen	gpg (vilja per gallona)	1 jyvä CaCO 3 - 1 US gallona vettä	0,3420	0,1710

Kokonaiskovuuden suuruuden mukaan erotetaan pehmeä vesi (2 °F asti), keskikovuus (2-10 °F) ja kova vesi (yli 10 °F).

Pintalähteistä peräisin olevan veden kovuus vaihtelee merkittävästi ympäri vuoden; se on maksimi talven lopussa, minimi - tulvakauden aikana (esimerkiksi Volgan veden kovuus maaliskuussa on 4,3 °F, toukokuussa - 0,5 °F [2] ). Pohjavedessä kovuus on yleensä korkeampi (jopa 8-10, harvemmin jopa 15-20 °J) ja muuttuu vähemmän vuoden aikana.

Eliminointimenetelmät

Ylimääräisen veden kovuuden poistaminen on yksi vedenkäsittelyn vaiheista .

Lämpöpehmennys . Tämän seurauksena termisesti epästabiilit kalsium- ja magnesiumbikarbonaatit hajoavat kiehuvan veden perusteella ja muodostuvat kalkkia:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}{\xrightarrow[{}]{^{o}t))CaCO_{3}\downarrow +CO_{2}+H_{2}O }}

Kiehuminen poistaa vain väliaikaisen (karbonaattisen) kovuuden. Löytää sovelluksen jokapäiväiseen elämään.

Reagenssin pehmennys . Menetelmä perustuu soodan Na 2 CO 3 tai sammutetun kalkin Ca (OH) 2 lisäämiseen veteen . Tässä tapauksessa kalsium- ja magnesiumsuolat muuttuvat liukenemattomiksi yhdisteiksi ja sen seurauksena saostuvat. Esimerkiksi sammutetun kalkin lisääminen johtaa kalsiumsuolojen muuttumiseen liukenemattomaksi karbonaatiksi:

{\mathsf {Ca(HCO_{3})_{2}+Ca(OH)_{2}\rightarrow 2CaCO_{3}\downarrow +2H_{2}O))

Paras reagenssi veden yleisen kovuuden poistamiseksi on natriumortofosfaatti Na 3 PO 4 , joka on osa useimpia kotitalous- ja teollisuusvalmisteita:

{\mathsf {3Ca(HCO_{3})_{2}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Ca_{3}(PO_{4})_{2}+6NaHCO_{3))}

{\displaystyle {\mathsf {3MgSO_{4}+2Na_{3}PO_{4}\rightarrow Mg_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow +3Na_{2}SO_{4))))

Kalsiumin ja magnesiumin ortofosfaatit liukenevat hyvin heikosti veteen, joten ne erottuvat helposti mekaanisella suodatuksella. Tämä menetelmä on perusteltu suhteellisen suurella vedenkulutuksella, koska se liittyy useiden erityisongelmien ratkaisuun: sedimentin suodatus, reagenssin tarkka annostus.

Kationisaatio . Menetelmä perustuu ioninvaihtorakeisen kuormituksen (useimmiten ioninvaihtohartseja) käyttöön. Tällainen kuormitus joutuessaan kosketuksiin veden kanssa absorboi kovuussuolojen kationeja (kalsium ja magnesium, rauta ja mangaani). Vastineeksi se antaa ionimuodosta riippuen natrium- tai vetyioneja . Näitä menetelmiä kutsutaan vastaavasti Na-kationisaatioksi ja H-kationisaatioksi. Oikein valitulla ioninvaihtokuormalla veden kovuus laskee yksivaiheisella natriumkationisaatiolla arvoon 0,05-0,1 °F ja kaksivaiheisessa - jopa 0,01 °F:ssa.

Teollisuudessa kalsium- ja magnesium-ionit korvataan ioninvaihtosuodattimien avulla natrium- ja kalium-ioneilla, jolloin saadaan pehmeää vettä.

Käänteinen osmoosi . Menetelmä perustuu veden kulkemiseen puoliläpäisevien kalvojen (yleensä polyamidin) läpi. Yhdessä kovuussuolojen kanssa poistetaan myös useimmat muut suolat. Puhdistusteho voi olla 99,9 %.

On olemassa nanosuodatus (kalvon reikien ehdollinen halkaisija on nanometrin yksikkö) ja pikosuodatus (kalvon reikien ehdollinen halkaisija on yhtä suuri kuin pikometrin yksikkö). Tämän menetelmän haitat on huomattava:

tarve esivalmistella käänteisosmoosikalvoon syötetty vesi;
suhteellisen korkeat 1 litran tuotettua vettä (kalliit laitteet, kalliit kalvot);
tuloksena olevan veden alhainen suolapitoisuus (etenkin pikosuodatuksella). Vesi muuttuu melkein tislattua .

Elektrodialyysi . Se perustuu suolojen poistamiseen vedestä sähkökentän vaikutuksesta. Liuenneiden aineiden ionien poisto tapahtuu erityisten kalvojen ansiosta. Käänteisosmoositeknologian lisäksi myös muita suoloja poistetaan kovuusionien lisäksi.

Vesi on mahdollista puhdistaa täysin kovuussuoloista tislaamalla .

Kliininen merkitys

Kovan tai pehmeän veden kulutus ei yleensä ole terveydelle vaarallista, mutta venäläisten standardien mukaan korkea kovuus edistää virtsakivien muodostumista ja alhainen kovuus lisää hieman sydän- ja verisuonisairauksien riskiä [3] .

Kovan veden käyttö vastasyntyneiden ruokkimiseen ja kylpemiseen lisää atooppisen ihottuman ja/tai ekseeman riskiä lapsilla. Ensioireiden keski-ikä on 3 kuukautta. Lisäksi ekseeman ilmaantuminen laukaisee mekanismin autoallergian kehittymiselle "atooppisen marssin" ketjussa - ekseemasta ruoka-allergioihin ja astmaan . [neljä]

Muistiinpanot