Жесткость воды: воздействие на здоровье и сантехнику

Введение

Жесткость воды — одно из важнейших свойств, имеющее большое значение при водопользовании. Если в воде находятся ионы металлов, образующие с мылом нерастворимые соли жирных кислот, то в такой воде затрудняется образование пены при стирке белья или мытье рук, в результате чего возникает ощущение жесткости. Жесткость воды пагубно сказывается на трубопроводах тепловых сетей, приводя к образованию накипи. По этой причине в воду приходится добавлять специальные «смягчающие» химикаты.

Жесткость воды обусловлена присутствием растворимых и малорастворимых солей-минералов, главным образом кальция (Са2+) и магния (Mg2+). Кроме указанных, к солям жесткости относят также соли стронция (Sr²⁺), цинка (Zn²⁺) и др., однако в поверхностных и грунтовых природных водах из перечисленных катионов в заметных концентрациях присутствуют только кальций и магний.

Суммарная жесткость воды, то есть общее содержание растворимых солей кальция и магния, получила название «общей жесткости». Ввиду того, что солями жесткости являются соли разных катионов, имеющие разную молекулярную массу, концентрация солей жесткости, или жесткость воды, измеряется в единицах эквивалентной концентрации — количеством г-экв/л или мг-экв/л.

При жесткости до 4 миллиграмм эквивалент/литр вода считается мягкой; от 4 до 8 миллиграмм эквивалент/литр — средней жесткости; от 8 до 12 миллиграмм эквивалент/литр — жесткой; более 12 миллиграмм эквивалент/литр — очень жесткой.

В различных регионах России жесткость поверхностных и грунтовых вод отличается: преимущественно мягкие воды географически приурочены к районам севера Европейской части России, а также Восточной Сибири. В центре и на юге Европейской части России, а также в южных регионах Западной Сибири вода преимущественно жесткая. В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обусловливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий. Различные типы пород, залегающих на территории водосборов, а также взаимосвязанные с ними свойства почвенного покрова непосредственно обуславливают различия в жесткости вод в регионах нашей страны.

Воздействие жесткости на организм

Поиск причинно-следственных связей между жесткостью воды и сердечно-сосудистой патологией был результативным. В ряде исследований установлена статистически достоверная, хотя и не тесная, обратная корреляционная связь между жесткостью воды и частотой инфаркта миокарда. Поскольку в других, не менее тщательно выполненных исследованиях, такой связи не было установлено, считается, что патогенетическим агентом могли быть не сами соли жесткости, а коррелирующие с ними какие-либо другие микроэлементы. Что касается других проявлений вредного влияния жестких вод, то статистическими исследованиями установлено и экспериментально подтверждено их влияние на частоту возникновения мочекаменной болезни. В этом случае не идет речи о прямой детерминированности степени жесткости воды и заболеваний мочекаменной болезнью. Решающую роль играют другие сопутствующие факторы, в частности состояние минерального обмена конкретного человека, потребляющего жесткую воду. Высокое содержание в питьевой воде солей кальция и магния является фактором риска мочекаменной болезни.

Воздействие жесткости на сантехнику

Воздействие повышенной жесткости воды на контактирующие с ней приборы и сантехнику приводят к следующим последствиям:

• в водопроводных трубах и радиаторах отопления образуются известняковые отложения (что уменьшает поперечный просвет труб системы отопления и ухудшает ее теплообменную функцию);
• на нагревательных элементах бытовых электроприборов (стиральных и посудомоечных машин, электрочайников и др.) образуется известковый налёт;
• жёсткая вода непригодна для использования в пищевом и химическом производстве;
• при стирке жёсткой водой сложно достигнуть эффекта отбеливания, невозможно качественно отполоскать бельё, что приводит к потере исходного цвета ткани: белые ткани приобретают сероватый оттенок, цветные – тускнеют.

Жёсткость воды из-за образующихся отложений негативно влияет на котельное оборудование. В России введены строгие требования к качеству воды по жёсткости для котлов ТЭЦ, электростанций, промышленных водонагревателей. Поэтому умягчение воды (водоподготовка) является в этом случае обязательным условием.

Способы умягчения воды

Умягчение воды может быть осуществлено следующими основ­ными способами:

1. реагентным;
2. катионитовым;
3. термиче­ским.

Нередко представляется целесообразным комбинировать эти способы, удаляя часть солей жесткости реагентным способом, а остаток их — катионированием, либо применять реагентный способ в комбинации с термическим способом умягчения воды.

Из реагентных способов умягчения наиболее распространен известково-содовый способ. Сущность его состоит в переводе рас­творенных в воде солей Са²⁺ и Mg²⁺ в малорастворимые СаСОз и Mg(OH)₂, выпадающие в осадок.

Катионитовый способ умягчения воды заключается в фильтро­вании жесткой воды через мелкозернистую загрузку некоторых ве­ществ (сульфоуголь, искусственные смолы). Эти вещества облада­ют способностью обменивать катионы содержащегося в них натрия Na⁺ или водорода Н⁺ на катионы кальция Са²⁺ или магния Mg²⁺ солей жесткости, растворенных в воде. Таким образом, различают процесс Na-катионирования и Н-катионирования.

Когда обменная способность катионитового фильтра исчерпана, производят регенерацию катионитовой загрузки. Na-катионитовые фильтры регенерируются раствором поваренной соли NaCl, а Н-ка­тионитовые — растворами серной H₂SO₄ или соляной HCl кислот.

Вода после Na-катионитовых фильтров обычно имеет повышен­ную щелочность (рН>7), а после Н-катионитовых — повышенную кислотность (рН<7). В первом случае можно дополнительно под­кислить воду, во втором — применить подщелачивание.

Термический способ умягчения воды целесообразен в тех случа­ях, когда вода предназначается для питания паровых котлов, испа­рителей и паропреобразователей. При применении этого способа воду нагревают до 105— 120°С, что позволяет полностью устранить карбонатную жесткость воды.

В настоящее время в целях умягчения воды в бытовых масштабах наиболее часто применяются системы катионитового образца. В силу своей относительной компактности, большого ресурса и легкости «перезарядки» по истечению ресурса смольного наполнителя — подомные системы являются оптимальным выбором для квартиры или загородного дом.