Введение
Вода с высоким содержанием минеральных веществ. Жёсткая вода – это вода с высоким содержанием минеральных веществ (в отличие от "мягкой воды"). Жёсткая вода образуется, когда вода просачивается сквозь отложения известняка, мела или гипса, которые в основном состоят из карбонатов, бикарбонатов и сульфатов кальция и магния. Употребление жёсткой воды может оказывать умеренное положительное влияние на здоровье. Она может создавать серьёзные проблемы в промышленных условиях, где жёсткость воды контролируется, чтобы избежать дорогостоящих поломок котлов, градирен и другого оборудования, работающего с водой. В быту о жёсткой воде часто свидетельствует плохое пенообразование при использовании мыла и образование накипи в чайниках и водонагревателях. В тех случаях, когда жёсткость воды представляет проблему, для снижения её негативного воздействия обычно применяют умягчение воды.
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.
Временная твердость
Временная жесткость вызвана наличием растворенных бикарбонатных минералов (бикарбонат кальция и бикарбонат магния). При растворении эти типы минералов образуют катионы кальция и магния (Ca2+, Mg2+) и карбонатные и бикарбонатные анионы (CO32− и HCO3−). Присутствие этих металлических катионов и обуславливает жесткость воды. Однако, в отличие от постоянной жесткости, вызванной соединениями сульфатов и хлоридов, эту "временную" жесткость можно снизить либо кипячением воды, либо добавлением извести (гидроксида кальция) в процессе известково-содового умягчения. Кипячение способствует образованию карбоната из бикарбоната и выпадению в осадок карбоната кальция, в результате чего вода после охлаждения становится мягче.
Омягчение
В некоторых случаях желательно смягчить жесткую воду. Большинство моющих средств содержат компоненты, нейтрализующие влияние жесткой воды на поверхностно-активные вещества. Поэтому смягчение воды часто не требуется. Если же смягчение практикуется, то обычно рекомендуется смягчать только воду, поступающую в системы горячего водоснабжения, чтобы предотвратить или замедлить снижение эффективности и повреждения, вызванные образованием накипи в водонагревателях. Распространенный метод смягчения воды заключается в использовании ионообменных смол, которые замещают ионы, такие как Ca2+, в два раза большим количеством одновалентных катионов, например ионов натрия или калия. Кальцинированная сода (карбонат натрия, Na2CO3) легко доступна и давно используется в качестве смягчателя воды для бытовой стирки в сочетании с обычным мылом или моющим средством. Вода, прошедшая обработку для смягчения, может называться смягченной водой. В этих случаях вода также может содержать повышенный уровень натрия или калия, а также бикарбоната или хлорид-ионов.
Здравоохранение
Всемирная организация здравоохранения заявляет, что "не существует убедительных доказательств того, что жесткость воды вызывает неблагоприятные последствия для здоровья человека". Некоторые исследования показали слабую обратную связь между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями у мужчин, до уровня 170 мг карбоната кальция на литр воды. Всемирная организация здравоохранения проанализировала имеющиеся данные и пришла к выводу, что их недостаточно для рекомендации какого-либо уровня жесткости. Другие исследования выявили слабую корреляцию между сердечно-сосудистым здоровьем и жесткостью воды. Распространенность атопического дерматита (экземы) у детей может увеличиваться при употреблении жесткой питьевой воды. Проживание в районах с жесткой водой также может способствовать развитию атопического дерматита в раннем возрасте. Однако, если атопический дерматит уже развился, использование умягчителей воды в домашних условиях не снижает тяжесть симптомов. Это эквивалентно мг/л без указания химического соединения, а также американской степени. Зерно на галлон (gpg) определяется как 1 зерно (64,8 мг) карбоната кальция на галлон США (3,79 литра), или 17,118 ppm. 1 ммоль/л эквивалентен 100,09 мг/л CaCO3 или 40,08 мг/л Ca2+. Степень общей жесткости (dGH или "немецкий градус (°dH, deutsche Härte))" определяется как 10 мг/л CaO или 17,848 ppm. Степень Кларка (°Clark) или английские градусы (°e или e) определяется как одно зерно (64,8 мг) CaCO3 на имперский галлон (4,55 литра) воды, что эквивалентно 14,254 ppm. Французский градус (°fH или °f) определяется как 10 мг/л CaCO3, что эквивалентно 10 ppm.
Индексы
Для описания поведения карбоната кальция в водных, нефтяных или газовых смесях используется несколько показателей.
Индекс масштабирования Пуккориуса (PSI)
Индекс скалирования Пуккориуса (PSI) использует несколько иные параметры для оценки взаимосвязи между состоянием насыщения воды и объемом отложений известкового налета.
Другие индексы
Другие показатели включают индекс Ларсона — Скольда, индекс Стиффа — Дэвиса и индекс Оддо — Томсона.
Региональная информация
Твердость местных источников водоснабжения зависит от источника воды. Вода в ручьях, протекающих по вулканическим (магматическим) породам, будет мягкой, а вода из скважин, пробуренных в пористые породы, обычно очень жесткая.
В Англии и Уэльсе
Уровень жесткости воды в крупных городах Англии и Уэльса
ИсточникПреимущественноУровень
ManchesterОзерный край, Пеннины1.750 °clark / 25 ppm
BirminghamВодохранилища Эланской долины3 °clark / 42.8 ppm
BristolХолмы Мендип16 °clark / 228.5 ppm
SouthamptonВодохранилище Бьюл18.76 °clark / 268 ppm
London (EC1A)Цепь водохранилищ долины Ли19.3 °clark / 275 ppm
Wrexham (LL11)Hafren Dyfrdwy4.77 °clark
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 ."
Согласно информации Британской инспекции питьевой воды, питьевая вода в Англии обычно считается «очень жесткой», при этом в большинстве районов Англии, особенно к востоку от линии между устьями рек Северн и Тис, содержание кальция, эквивалентного карбонату кальция, превышает 200 ppm. Например, вода в Лондоне поступает в основном из рек Темзы и Ли, которые в период маловодья получают значительную часть своего потока из родников в известняковых и меловых водоносных горизонтах. Уэльс, Девон, Корнуолл и части северо-западной Англии характеризуются более мягкой водой, с показателями от 0 до 200 ppm. В пивоваренной промышленности Англии и Уэльса воду часто намеренно умягчают гипсом в процессе, известном как буртонизация. В городских районах Англии вода, как правило, жесткая, поскольку источники мягкой воды недоступны. В XVIII веке, в период промышленной революции и роста городского населения, многие города построили собственные источники водоснабжения. Манчестер был одним из таких городов на северо-западе Англии, и его городская администрация построила несколько водохранилищ в Тёрлмире и Хоусуотере в Озерном крае на севере. В верховьях этих рек отсутствуют известняк и мел, поэтому вода в Манчестере классифицируется как «очень мягкая». В данном разделе приводятся ссылки на оригинальную документацию ЕС, в которой не установлены ограничения по жесткости воды. В руководстве также отсутствуют «рекомендуемые или обязательные предельные значения» для жесткости. Однако в руководстве указывается, что при превышении средней точки диапазонов, определяемых как «умеренно жесткая», эффекты становятся более выраженными: «Основными недостатками жесткой воды являются нейтрализация пенообразующих свойств мыла [ ] и, что более важно, возможность засорения труб и значительное снижение эффективности котлов из-за образования накипи. Эти эффекты усиливаются при повышении жесткости до 200 мг/л и выше».
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 ."
В Соединенных Штатах
В результате сбора данных в Соединенных Штатах было обнаружено, что у примерно половины протестированных водозаборных пунктов жесткость воды превышала 120 мг/л в пересчете на эквивалент карбоната кальция, что относит их к категориям "жесткая" или "очень жесткая".