Кіріспе
Қатты су – минералдық құрамы жоғары су (жұмсақ судан өзгеше). Қатты су әктас, борпылдақ немесе гипс кендері арқылы судың өтуінен пайда болады, олар негізінен кальций және магний карбонаттары, бикарбонаттары және сульфаттарынан тұрады. Қатты суды ішудің денсаулыққа шамалы пайдасы болуы мүмкін. Өнеркәсіптік ортада бұл қазандықтардың, салқындату мұнараларының және сумен жұмыс істейтін басқа да жабдықтардың қымбат жөндеуіне алып келуі мүмкін болғандықтан, судың қаттылығы қадағаланады. Тұрмыста қатты су сабынды сумен араластырғанда көбік пайда болмауымен және қазандықтар мен су жылытқыштарда әктас жиналуымен көрінеді. Судың қаттылығына қатысты мәселелер туындаған жағдайларда, судың кермектігін азайту үшін су жұмсарту әдісі жиі қолданылады.
Hard water is water that has a high mineral content (in contrast with "soft water"). Hard water is formed when water percolates through deposits of limestone, chalk or gypsum, which are largely made up of calcium and magnesium carbonates, bicarbonates and sulfates. Drinking hard water may have moderate health benefits. It can pose critical problems in industrial settings, where water hardness is monitored to avoid costly breakdowns in boilers, cooling towers, and other equipment that handles water. In domestic settings, hard water is often indicated by a lack of foam formation when soap is agitated in water, and by the formation of limescale in kettles and water heaters. Wherever water hardness is a concern, water softening is commonly used to reduce hard water's adverse effects.
Уақытша қаттылық
Уақытша қаттылық еріген бикарбонат минералдарының (кальций бикарбонаты мен магний бикарбонаты) болуынан туындайды. Еріген кезде бұл минералдар кальций және магний катиондарын (Ca2+, Mg2+) және карбонат және бикарбонат аниондарын (CO32− және HCO3−) бөліп шығарады. Металл катиондарының болуы суды қатты етеді. Дегенмен, сульфат және хлорид қосылыстарынан туындайтын тұрақты қаттылықтан өзгеше, бұл "уақытша" қаттылықты суды қайнату арқылы немесе әк (кальций гидроксиді) қосу арқылы, әкпен жұмсарту процесі арқылы азайтуға болады. Қайнату бикарбонаттан карбонаттың түзілуіне көмектеседі және кальций карбонаты ерітіндіден түсіп, су салқындағанда жұмсақ болады.
Жұмсату
Кейбір жағдайларда қатты суды жұмсарту қажет болуы мүмкін. Көптеген жуғыш заттардың құрамында қатты судың беттік белсенді заттарға тигізетін әсерін күшсіздетуге арналған компоненттер бар. Осы себепті, суды жұмсарту көбінесе қажет емес. Егер жұмсарту жүргізілсе, су жылытқыштарда масштаб түзілуіне байланысты тиімсіздіктер мен зақымдануды болдырмау немесе кешіктіру үшін, әдетте тек тұрмыстық ыстық су жүйелеріне берілетін суды жұмсарту ұсынылады. Суды жұмсартудың кең таралған әдісі – ион алмастыру шайырларын қолдану, олар Ca2+ сияқты иондарды натрий немесе калий иондары сияқты монокатиондардың екі еселенген санымен алмастырады. Сода (натрий карбонаты, Na2CO3) оңай қол жетімді және ұзақ жылдар бойы тұрмыстық кір жуу үшін суды жұмсартқыш ретінде, әдеттегі сабынмен немесе жуғыш заттармен бірге қолданылып келеді. Суды жұмсартудан өткен су жұмсақ су деп аталады. Мұндай жағдайларда суда натрий немесе калий, бикарбонат немесе хлорид иондарының концентрациясы жоғары болуы мүмкін.
Денсаулық сақтау мәселелері
Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы «судың қаттылығы адам денсаулығына кері әсер ететінін көрсететін нақты дәлелдер жоқ» дейді. Кейбір зерттеулер ерлерде судың қаттылығы мен жүрек-қан тамырлары аурулары арасындағы әлсіз кері байланысты көрсеткен, бұл судың әр литріне 170 мг кальций карбонаты деңгейіне дейін байқалған. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы бұл мәліметтерді қарастырып, қаттылық деңгейін ұсыну үшін деректердің жеткіліксіз екендігіне тоқталды. Басқа зерттеулер де жүрек-қан тамырлары денсаулығы мен судың қаттылығы арасындағы әлсіз байланысты көрсеткен. Балаларда атопиялық дерматит (экзема) қатты су ішуден көбейе алады. Қатты сулы аймақтарда тұру ерте жастағы атопиялық дерматиттің дамуына да ықпал етуі мүмкін. Дегенмен, атопиялық дерматит пайда болған жағдайда, үйде су жұмсартқыш пайдалану симптомдардың ауырлығын азайта алмайды. Бұл химиялық қосылыс көрсетілмеген жағдайдағы мг/Л және американдық градусқа тең. Галонға шаққандағы дән (gpg) – 1 АҚШ галлонындағы (3,79 литр) кальций карбонатының 1 дәні (64,8 мг) немесе 17,118 ppm. 1 mmol/L – 100,09 мг/Л CaCO3 немесе 40,08 мг/Л Ca2+-ға тең. Жалпы қаттылық дәрежесі (dGH немесе «неміс градусы (°dH, deutsche Härte)») – 10 мг/Л CaO немесе 17,848 ppm деп анықталады. Кларк градусы (°Clark) немесе ағылшын градустары (°e немесе e) – 1 империялық галлондағы (4,55 литр) CaCO3-тің 1 дәні (64,8 мг), бұл 14,254 ppm-ге тең. Француздық градус (°fH немесе °f) – 10 мг/Л CaCO3 деп анықталады, бұл 10 ppm-ге тең.
Индекстер
Су, мұнай немесе газ қоспаларындағы кальций карбонатының қасиеттерін сипаттау үшін бірнеше көрсеткіштер пайдаланылады.
Паккориус масштабтау индексі (PSI)
Пуккориус масштабтау индексі (PSI) судың қанығу күйі мен шөгіндінің мөлшері арасындағы байланысты сандық бағалау үшін шамалы өзгеше параметрлерді пайдаланады.
Басқа индекстер
Басқа индекстерге Ларсон Скольд индексі, Стифф Дэвис индексі және Оддо Томсон индексі жатады.
Өңірлік ақпарат
Жергілікті су көздерінің қаттылығы судың бастауына байланысты. Жанартаулық (игнейлік) тау жыныстарынан ағатын сулар жұмсақ, ал кеуекті тау жыныстарына бұрғыланған құдықтардан алынатын су әдетте өте қатты болады.
Англия мен Уэльсте
+ Англия мен Уэльстің ірі қалаларының су қаттылығы деңгейі
Аймақ Бас көз деңгейі
Манчестер Көлдер ауданы Пенниндар 1,750 °Clark / 25 ppm
Бирмингем Элан аңғарының су қоймалары 3 °Clark / 42.8 ppm
Бристоль Mendip Hills 16 °Clark / 228.5 ppm
Саутгемптон Бьюл суы 18.76 °Clark / 268 ppm
Лондон (EC1A) Ли аңғарының су қоймалары тізбегі 19.3 °Clark / 275 ppm
Рексем (LL11) Хафрен Дифрдви 4.77 °Clark
Британдық ауыз су инспекциясының мәліметтері бойынша Англиядағы ауыз су көбінесе "өте қатты" деп есептеледі, Англияның көп бөлігі, әсіресе Северн және Тис эстуариялары арасындағы сызықтан шығысқа қарай, кальций карбонатының эквиваленті бойынша 200 ppm-нен асып түседі. Мысалы, Лондондағы су көбінесе Темза және Лиа өзендерінен алынады, олардың екеуі де құрғақ ауа райындағы ағынының маңызды бөлігін әктас және борлы тау жыныстарының бұлақтарынан алады. Уэльс, Девон, Корнуолл және Англияның солтүстік-батыс бөліктері жұмсақ су аймақтары болып табылады және 0-ден 200 ppm-ге дейін ауытқиды. Англия мен Уэльстегі сыра қайнату өнеркәсібінде суды бальзамизация процесінде гипспен қатайту жиі қолданылады. Жалпы, Англияның қалалық аймақтарында жұмсақ су көздері болмаған жағдайда су көбінесе қатты болады. XVIII ғасырдағы өнеркәсіптік революция мен қала халқының өсуі кезінде бірнеше қалалар сумен жабдықтау көздерін салған. Манчестер Солтүстік-Батыс Англиядағы осындай қалалардың бірі болды және оның бай корпорациясы солтүстікке қарай Көлдер ауданындағы Тирлмир және Хоусуотерде бірнеше су қоймаларын салған. Олардың бастауында әктас немесе бор жоқ, сондықтан Манчестердегі су "өте жұмсақ" деп бағаланады. Бұл бөлімде қаттылыққа шектеулер қойылмаған, Еуроодақтың бастапқы құжаттамасына сілтеме жасалған. Нұсқаулықта қаттылық үшін "Ұсынылған немесе Міндетті Шек Мәндері" де жоқ. Нұсқаулықта "Орташа қатты" деп белгіленген диапазонның ортасынан жоғары әсерлер күшейе түсетіні көрсетілген: "Қатты судың басты кемшіліктері – олар сабынның көпіршік түсіру қабілетін жояды [ ] және, одан да маңыздысы, олар құбырлардың бітелуіне және қабыршақ пайда болуына байланысты қазандықтың тиімділігін күрт төмендетуі мүмкін. Бұл әсерлер қаттылығы 200 мг/л-ге дейін немесе одан да жоғары болғанда күшейе түседі".
Information from the British Drinking Water Inspectorate shows that drinking water in England is generally considered to be 'very hard', with most areas of England, particularly east of a line between the Severn and Tees estuaries, exhibiting above 200 ppm for the calcium carbonate equivalent. Water in London, for example, is mostly obtained from the River Thames and River Lea both of which derive a significant proportion of their dry weather flow from springs in limestone and chalk aquifers. Wales, Devon, Cornwall and parts of northwest England are softer water areas and range from 0 to 200 ppm. In the brewing industry in England and Wales, water is often deliberately hardened with gypsum in the process of Burtonisation. Generally, water is mostly hard in urban areas of England where soft water sources are unavailable. Several cities built water supply sources in the 18th century as the industrial revolution and urban population burgeoned. Manchester was a notable such city in North West England and its wealthy corporation built several reservoirs at Thirlmere and Haweswater in the Lake District to the north. There is no exposure to limestone or chalk in their headwaters and consequently the water in Manchester is rated as 'very soft'. In this section, reference to original EU documentation is given, which sets out no limit for hardness. The handbook also gives no "Recommended or Mandatory Limit Values" for hardness. The handbook does indicate that above the midpoint of the ranges defined as "Moderately Hard", effects are seen increasingly: "The chief disadvantages of hard waters are that they neutralise the lathering power of soap[ ] and, more important, that they can cause blockage of pipes and severely reduced boiler efficiency because of scale formation. These effects will increase as the hardness rises to and beyond 200 mg/L ."
АҚШ-та
АҚШ-тан алынған деректер жинағында зерттелген су станцияларының шамамен жартысының қаттылығы 120 мг/литр кальций карбонатына тең немесе одан жоғары болды, осылайша олар "қатты" немесе "өте қатты" санаттарына жатты.