A víz keménysége

A vízkeménység a víz kémiai és fizikai tulajdonságainak összessége , amely a benne lévő oldott alkáliföldfémsók , elsősorban kalcium , magnézium és vas (az úgynevezett keménységi sók ) tartalmához kapcsolódik.

Kemény és lágy víz

A magas sótartalmú vizet keménynek , az alacsony sótartalmú vizet puhának nevezzük . A vízzel kapcsolatos „kemény” kifejezés történelmileg a szövetek tulajdonságai miatt alakult ki, miután zsírsav alapú szappannal mosták őket – a kemény vízben mosott szövet keményebb tapintású. Ezt a jelenséget egyrészt a zsírsavak kalcium- és magnézium-sóinak szövet általi szorpciója magyarázza, amelyek a mosási folyamat során makroszinten képződnek. Másrészt a textilszálak ioncserélő tulajdonságokkal rendelkeznek, és ennek eredményeként képesek a többértékű kationok molekuláris szinten történő megkötésére. A kalcium- és magnézium -hidrogén- karbonát Ca (HCO 3 ) 2 miatt átmeneti (karbonátos) keménység jelentkezik ; Mg (HCO 3 ) 2 , és állandó (nem karbonátos) keménység , amelyet egyéb sók jelenléte okoz, amelyek nem szabadulnak fel forrásban lévő víz során: főleg a Ca és Mg szulfátok és kloridjai (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl) 2 ).

A kemény víz kiszárítja a bőrt mosáskor, szappan használatakor nem habzik jól . A kemény víz használata során üledék ( vízkő ) képződik a kazánok falán, csövekben stb. Ugyanakkor a túl lágy víz használata a csövek korróziójához vezethet , mivel ebben az esetben nincs sav . bázis pufferelés , amelyet a hidrokarbonátos (ideiglenes) keménység biztosít. A természetes ivóvíz, például a forrásvíz ízét pontosan a különféle keménységű sók jelenlétének és arányának köszönheti.

A természetes vizek keménysége meglehetősen tág határok között változhat, és nem állandó egész évben. A keménység nő a víz elpárolgása miatt, csökken az esős évszakban, valamint a hó és a jég olvadásakor.

Mértékegységek

A vízkeménység számszerű kifejezésére a kalcium- és magnéziumkationok koncentrációját tüntettük fel benne . A koncentráció mérésére ajánlott SI mértékegység a mol per köbméter (mol/m³), azonban a gyakorlatban a keménység mérésére a keménységi fokokat és milligramm ekvivalens per litert (mg-eq/l) használják.

A Szovjetunióban 1952- ig keménységi fokokat használtak, amelyek egybeestek a németekkel. Oroszországban a kalcium- és magnéziumionok normál koncentrációját , milligramm ekvivalens per literben (mg-eq/l) kifejezve, néha használták a keménység mérésére . Egy mekv/l 20,04 milligramm Ca 2+ vagy 12,16 milligramm Mg 2+ /liter víznek felel meg ( az atomtömeg elosztva a vegyértékkel ).

2014. január 1-jén Oroszország bevezette a GOST 31865-2012 „Víz. A merevség mértékegysége " [1] . Az új GOST szerint a merevséget keménységi fokban (°F) fejezik ki. 1 °F az alkáliföldfém-elem koncentrációjának felel meg, ami számszerűen egyenlő millimól/liter 1/2-ével (1 °F = 1 mg-eq / l).

Előfordul, hogy a koncentrációt tömegegységre , nem térfogatra adják meg , különösen, ha a víz hőmérséklete változhat, vagy ha a víz gőzt tartalmazhat , ami jelentős sűrűségváltozáshoz vezet .

A különböző országokban különféle nem rendszerszintű egységeket használtak (néha még mindig használják) - keménységi fokokat.

Fokozat	Kijelölés	Meghatározás	Érték
Fokozat	Kijelölés	Meghatározás	°F	mmol/l
Deutsch	°dH (deutsche Härte), °dGH (általános keménységi fok), °dKH (karbonát keménységhez)	1 rész kalcium-oxid (CaO) vagy 0,719 rész magnézium-oxid (MgO) 100 000 rész vízben	0,3566	0,1783
angol	°e vagy °Clark	1 szem CaCO 3 - 1 gallon víz	0,2848	0,1424
Francia	°TH vagy °F	1 rész CaCO 3 100 000 rész vízhez	0,1998	0,0999
Amerikai	ppm	1 rész CaCO 3 1 000 000 rész vízhez	0,0200	0,0100
Amerikai	gpg (gabona gallononként)	1 szem CaCO 3 - 1 gallon víz	0,3420	0,1710

A teljes keménység nagysága szerint a lágy víz (2 °F-ig), a közepes keménységű (2-10 °F) és a kemény víz (10 °F felett) megkülönböztethető.

A felszíni forrásokból származó víz keménysége az év során jelentősen ingadozik; maximum tél végén, minimum - árvízi időszakban (például a Volga víz keménysége márciusban 4,3 °F, májusban - 0,5 °F [2] ). A talajvízben a keménység általában nagyobb (akár 8-10, ritkábban akár 15-20 °J), és kevésbé változik az év során.

Eliminációs módszerek

A túlzott vízkeménység megszüntetése a vízkezelés egyik lépése .

Termikus lágyítás . Forrásban lévő víz alapján ennek eredményeként a termikusan instabil kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátok lebomlanak vízkő képződésével:

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

A forralás csak átmeneti (karbonátos) keménységet távolít el. Alkalmazást talál a mindennapi életben.

Reagens lágyítás . A módszer alapja a szóda Na 2 CO 3 vagy az oltott mész Ca (OH) 2 vízhez adása . Ebben az esetben a kalcium- és magnéziumsók oldhatatlan vegyületekké alakulnak át, és ennek eredményeként kicsapódnak. Például az oltott mész hozzáadása a kalciumsók oldhatatlan karbonáttá alakulását eredményezi:

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

A víz általános keménységének megszüntetésére a legjobb reagens a nátrium-ortofoszfát Na 3 PO 4 , amely a legtöbb háztartási és ipari készítmény részét képezi:

{\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))))

A kalcium és magnézium ortofoszfátjai nagyon rosszul oldódnak vízben, ezért mechanikus szűréssel könnyen elválaszthatók. Ez a módszer viszonylag magas vízfogyasztás esetén indokolt, mivel számos speciális probléma megoldásához kapcsolódik: üledékszűrés, a reagens pontos adagolása.

Kationizáció . A módszer ioncserélő szemcsés töltés (leggyakrabban ioncserélő gyanták) alkalmazásán alapul. Az ilyen terhelés vízzel érintkezve elnyeli a keménységi sók kationjait (kalcium és magnézium, vas és mangán). Cserébe, ionos formától függően, nátrium- vagy hidrogénionokat ad . Ezeket a módszereket Na-kationozásnak és H-kationozásnak nevezik. Megfelelően megválasztott ioncserélő terhelés mellett a víz keménysége az egyfokozatú nátriumkationozással 0,05-0,1 °F-ra, kétlépcsősnél pedig 0,01 °F-ra csökken.

Az iparban ioncserélő szűrők segítségével a kalcium- és magnéziumionokat nátrium- és káliumionokkal helyettesítik, így lágy vizet kapnak.

Fordított ozmózis . A módszer a víz féligáteresztő membránokon (általában poliamidon) való áthaladásán alapul. A keménységi sókkal együtt a legtöbb egyéb sót is eltávolítják. A tisztítási hatékonyság elérheti a 99,9%-ot.

Van nanoszűrés (a membránlyukak feltételes átmérője nanométer egységekkel egyenlő) és pikofiltráció (a membránlyukak feltételes átmérője pikométer egységekkel egyenlő). Meg kell jegyezni ennek a módszernek a hátrányait:

a fordított ozmózis membránhoz szállított víz előzetes előkészítésének szükségessége;
1 liter előállított víz viszonylag magas költsége (drága berendezések, drága membránok);
a keletkező víz alacsony sótartalma (különösen pikoszűréssel). A víz szinte desztillált lesz .

Elektrodialízis . Alapja a sók vízből történő eltávolítása elektromos tér hatására. Az oldott anyagok ionjainak eltávolítása speciális membránok miatt történik. Valamint a fordított ozmózis technológia alkalmazásakor a keménységi ionokon kívül más sókat is eltávolítanak.

Lehetőség van a víz teljes megtisztítására a keménységi sóktól desztillációval .

Klinikai jelentősége

A kemény vagy lágy víz fogyasztása általában nem veszélyes az egészségre, azonban az orosz szabványok szerint a nagy keménység hozzájárul a húgykövek kialakulásához, az alacsony keménység pedig kis mértékben növeli a szív- és érrendszeri betegségek kockázatát [3] .

A kemény víz használata újszülöttek táplálására és fürdetésére növeli az atópiás dermatitisz és/vagy ekcéma kockázatát gyermekeknél. Az első tünetek átlagos életkora 3 hónap. Ezenkívül az ekcéma megjelenése beindítja az autoallergia kialakulásának mechanizmusát az „atópiás menet” láncolat mentén - az ekcémától az ételallergiáig és az asztmáig . [négy]

Jegyzetek