Что такое жесткость воды

Содержание

Проблема жесткой воды и способы ее умягчения в домашних условиях

Избыток железа, магниевых и кальциевых солей повышает жесткость воды.

Это негативно влияет на работу бытовой техники и оборудования, состояние волос, ногтей и кожи, провоцирует развитие хронических заболеваний органов ЖКТ и сердечно-сосудистой системы.

Как же безопасно смягчить жесткую воду, используя простые и доступные способы?

Признаки повышенной жесткости

Что такое жесткость воды? Это показатель, определяющий уровень магниевых и кальциевых солей, которые входят в химический состав жидкости. Единицы измерения — моль/куб.м и мг.экв./литр.

Жесткая вода — частое явление, которое обусловлено влиянием подземных вод, насыщенных солями химических элементов. Кроме того, подобная жидкость может содержать хлоридные и фосфатные соединения, а также различные органические загрязнители.

Чтобы определить жесткость воды своими руками, рекомендуется воспользоваться специальным устройством — кондуктометром, предназначенным для замера параметра электропроводимости жидкости. Высокий показатель указывает на повышенную концентрацию солей металлов в воде.

В процессе кипячения химические соли образуют осадочную массу, но большая часть соединений попадают в человеческий организм, оседают на стенках приборов, техники и оборудования.

Какая же вода будет считаеться жесткой? Основные признаки повышенной концентрации солей следующие:

  • моющие средства плохо вспениваются;
  • после кипячения образуется накипь и белый налет;
  • после стирки вещей и мытья посуды остаются характерные разводы;
  • жесткая жидкость приобретает неприятный горький привкус;
  • вода оказывает негативное влияние на эксплуатационные характеристики тканей;
  • повышенная концентрация солей приводит к заболеваниям выделительной системы, а также к дряблости и сухости кожи.

Типы жесткой воды

По степени жесткости (в градусах) вода бывает:

  • Мягкой (от 0 до 2 градусов). Она распространена в местности с большим количеством болот и торфяников. К этой категории также относится чистая талая вода.
  • Средней (от 2 до 7 градусов). Такой тип жидкости распространен практически в любой местности. Как правило, колодец или скважина обеспечивают частные домовладения водой средней жесткости.
  • Жесткой (от 7,1 до 11 градусов). Встречается на территориях с избыточным количеством химических солей и загрязнителями. Оказывает негативное воздействие на человеческий организм.
  • Сверхжесткой (от 11 градусов). Природную воду жесткой делает близкое расположение пещер и шахт, поэтому для питья она не используется.

По концентрации химических веществ жесткость воды может быть:

  • Постоянная. Определяется присутствием агрессивных компонентов и солей металлов, устойчивых к распадению в процессе кипячения. Для их удаления используются специальные фильтрующие системы.
  • Временная. Обуславливается временным присутствием солей кальция и магния, нагрев которых приводит к распадению и образованию осадочной массы. Это означает, что убрать такие соединения можно обычной термической обработкой.

Многих потребителей интересует ответ на достаточно распространенный вопрос — как смягчить воду в домашних условиях? Существуют ли эффективные способы смягчения воды, которые можно легко реализовать на практике?

Чтобы сделать воду мягкой, рекомендуется использовать:

  • термическую обработку;
  • заморозку;
  • реагентное воздействие;
  • фильтрацию.

Устранение жесткости термической обработкой (кипячением)

Самый простой способ смягчения воды в домашних условиях — это термическая обработка, т. е. кипячение. Воздействие высоких температур приводит к разрушению ионных связей между химическими элементами и образованию осадка. Далее мягкая вода может использоваться в питьевых и хозяйственных целях.

Кипячение воды проводится следующим образом:

  • жесткая вода наливается в емкость и доводится до кипения;
  • после закипания вода охлаждается до комнатной температуры и переливается в чистую емкость.

Более сложный вариант предусматривает кипячение воды на протяжении часа и отстаивание в течение 24 часов.

Кипячением убирают соли металлов, пары углекислого газа, хлористых соединений и механические примеси.

Несмотря на свою востребованность и простоту, термическая обработка имеет некоторые недостатки:

  • кипячение приводит к быстрому образованию известкового налета, который сложно удалить;
  • кипяченая вода не подходит для полива комнатных растений;
  • длительное использование жидкости после термической обработки может привести к ухудшению работы желудочно-кишечного тракта;
  • вода меняет свои органолептические характеристики.

Заморозка — простой и эффективный способ

Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием. Этот способ предусматривает воздействие низких температурных режимов на соли химических элементов с образованием кристаллов. Смягчение воды в этом случае происходит постепенно, без изменения структуры жидкости.

Заморозка выполняется следующим образом:

  • емкость наполняется водой и загружается в морозильную камеру;
  • после заморозки 75% жидкости сливается остаток, в котором содержатся все вредные элементы;
  • талая жидкость становится питьевой, значит, может быть использована для приготовления еды, полива цветов и стирки вещей из деликатных тканей.

Единственным недостатком такого способа является сложность подготовки большого объема талой воды.

Обработка химическими и пищевыми реагентами

Смягчение жесткой воды реагентами — эффективный способ борьбы с солями металлов. Воздействие химических веществ на примеси в воде приводит к образованию осадочной массы. Для этих целей используются следующие реагенты:

  • Сода пищевая. Она способствует снижению кислотности и концентрации солей. Умягчение воды содой происходит следующим образом: для стирки используется 2 ч. л. на 11 литров, для приготовления еды — 1 ч. л. на 3 литра.
  • Сода кальцинированная (каустическая). Применяется для смягчения жидкости, предназначенной для бытовых и хозяйственных нужд, — 2 ч. л. на 11 литров. Для пищевых целей подобную жидкость использовать нельзя.
  • Лимонная и уксусная кислота, сок лимона. Натуральные пищевые реагенты, которые способствуют смягчению и окислению воды. Применяются для устранения накипи в посуде и при ополаскивании волос. Оптимальная концентрация — на 2 литра воды 1 ст. л. уксусной кислоты, 1 ч. л. лимонной кислоты или сока лимона.
  • Синтетические реагенты в таблетированной и порошковой форме. Устранить повышенную жесткость можно специальными химическими веществами, разработанными для посудомоечного или стирального оборудования.

К недостаткам данного способа можно отнести:

  • необходимость соблюдения точной дозировки каждого реагента;
  • поддержание условий хранения специальных средств — каустической соды и синтетических смягчителей в домашних условиях в соответствии с рекомендациями производителей. Исключение составляют пищевые реагенты — сода, уксус и лимонная кислота.

Снижение жесткости фильтрующими системами

Как сделать воду мягкой, если она добывается из скважины или колодца, возведенного рядом с домом?

Для решения этой проблемы специалисты рекомендуют использовать бытовые фильтры и профессиональное оборудование для очистки воды.

  • Фильтры кувшинного типа. Это самый востребованный способ очистки и смягчения водопроводной или колодезной воды. Так называется фильтр, внешне напоминающий кувшин, оснащенный угольным картриджем для очистки. Небольшой объем емкости позволяет фильтровать от 1 до 4 литров воды за один цикл. Жесткая вода, очищенная кувшинным фильтром, приобретает не только мягкость, но и специфический привкус. Периодичность замены картриджа — каждые 2 месяца.
  • Ионообменные установки. Подобные фильтрующие системы представлены двумя емкостями, оснащенными специальными фильтрами на основе ионообменных смол и солевого раствора. Вначале жесткая вода попадает в резервуар со смолами, а далее поступает в емкость с соляным раствором. Почему в этом случае жидкость теряет жесткость? Поскольку происходит ее насыщение натрием, который постепенно вытесняет соли магния и кальция.
  • Система обратного осмоса. Это самый эффективный способ очистки и смягчения жидкости. Установка оснащается специальным мембранным фильтром, создающим рабочее давление внутри камеры. Благодаря этому жесткая вода полностью очищается от сторонних примесей, а значит, становится мягкой.

Решить проблему повышенной жесткости воды можно своими силами, достаточно применить на практике эффективные способы или внедрить уникальную авторскую методику.

Очень жесткая вода в квартире, что делать?

Эффективная защита от накипи помогает решать много практических задач. С помощью правильно выбранной технологии предотвращают засорение труб и повреждение смесителей. Устранив соли, уменьшают затраты на поддержание чистоты и продлевает срок службы подключенного оборудования. Выбрать фильтр для жесткой воды в квартиру не сложно после определения с личными требованиями и предпочтениями.

Ошибки и заблуждения

Чтобы исключить переделку созданной системы необходимо тщательно подготовить проект. На предварительной стадии уточняют состав и количество загрязнений, определяют подходящую методику очистки.

Ошибочные действия можно изучить на примере установки обратного осмоса. Эта техника обеспечивает удаление мельчайших примесей, сопоставимых по размерам с молекулами воды. Зачем нужны другие решения, когда все проблемы устраняются с помощью одного комплекта специализированной техники?

Для правильного ответа на вопрос «что делать, если в квартире жесткая вода» надо подробно изучить соответствующую технологию. Первая проблема – низкая производительность. Бытовые фильтры жесткой очистки воды не в состоянии обработать более 220 л воды за сутки. Этого количества недостаточно для удовлетворения потребностей семьи из 2 человек. Следует помнить, что чистая жидкость нужна не только для питья и приготовления пищи. Для уточнения можно перечислить типовые бытовые потребности:

  • гигиенические процедуры;
  • заправка утюгов, увлажнителей, другой бытовой техники;
  • стирка;
  • автоматизированная мойка посуды.

Чтобы повысить скорость обработки ставят несколько установок параллельно. Однако такой вариант сопряжен с увеличением начальных финансовых вложений. Для размещения крупного комплекта оборудования придется уменьшить полезную площадь жилья.

Отдельно нужно отметить сильное гидравлическое сопротивление, которое создает мембрана обратного осмоса. Компенсируют потери насосом с блоком управления для поддержания заданного уровня давления в системе. Это дополнительно усложняет комплект оборудования.

Самым экономически выгодным и экологически безопасным фильтром против жесткой воды считает электромагнитное устройство под торговой маркой «АкваЩит», либо его аналог.

Однако даже после доработки система не способна решить все задачи. Совместное применение 3-4 параллельных блоков не обеспечит достаточный напор для нормального функционирования душа. Придётся установить крупный накопительный бак. Для размещения представленного комплекта не хватит места под мойкой в кухонной мебели.

Представленный пример убедительно демонстрирует необходимость предварительной оценки всех важных факторов. Если сделать акцент только на качестве очистки, значительно увеличиваются расходы. Между тем, для замкнутой отопительной системы незначительным привкусом вполне можно пренебречь. Однако даже при незначительном количестве солей жесткости существенно возрастает риск повреждения теплообменника, других компонентов технологического оборудования.

Опытные инженеры рекомендуют обращать внимание на следующие детали:

  • анализ загрязнений в санэпидемстанции или независимые лаборатории поможет уточнить необходимый уровень фильтрации;
  • ошибочно будет заниматься подготовкой только питьевой воды в квартире, нужно учесть наличие механических загрязнений, соединений железа, других вредных примесей;
  • кроме начальных инвестиций следует добавить в расходы оплату картриджей, выполнение регламентного обслуживания;
  • на этапе подготовки проекта надо выбрать подходящее место для размещения оборудования.

В любом случае следует отдавать предпочтение продукции ответственных производителей с опытом в соответствующей сфере деятельности. Для компетентный оценки анализируют в совокупности мнения рядовых пользователей и экспертов.

Специализированные и универсальные фильтры для очистки жесткой воды в квартире

Механическую обработку применяют для извлечения из потока жидкости крупных примесей. Но фильтр для жесткой воды в квартиру предназначен для удаления растворенных соединений. Надо ли обращать внимание на подобные составляющие загрязнений?

При возникновении таких вопросов, что делать, следует снова вернуться к полезным принципам комплексного подхода. Если не поставить на входе дешевый грязевик, начальная экономия измениться минимально. Однако без этой защиты абразивные песчинки будут повреждать дорогой наполнитель из ионообменных гранул. Частицы ила быстро засорят протоки мембраны обратного осмоса. При изучении представленных ниже специальных технологий очистки жесткой воды в квартире нужно не забывать о создании подходящих условий для длительного сохранения работоспособности выбранной системы.

Полифосфатный фильтр

Любой хозяин будет рад, если получится минимизировать начальные и эксплуатационные затраты. Размещение компактного полифосфатного фильтра для жесткой воды в квартире также не вызовет затруднений. С учетом высокой эффективности может показаться что это – идеальный вариант.

Однако в действительности такие солевые фильтры пригодны только для защиты стиральных (посудомоечных) машин. В городских квартирах редко применяют индивидуальные системы отопления, поэтому особенности совместного применения можно исключить из обзора. Нужно запомнить, что полифосфатные фильтры устанавливают в квартире исключительно в замкнутый контур. С помощью таких наполнителей не выполняют обработку горячей воды.

Перечисленные особенности обусловлены вредными свойствами химических соединений. Недобросовестные продавцы сообщают покупателям только о применении полифосфатов, как пищевых добавок. Тем самым, подразумевается отсутствие проблем. Однако внимательному потребителю данную тему следует изучить подробнее.

Эти полимерные соединения (соли) создают на основе ортофосфорной кислоты с применением натрия, кальция, аммония, других веществ. По международной классификации пищевая добавка обозначается индексом E452 без уточнения состава. В некоторых смесях допустим легкий специфический запах аммиака.

Полифосфаты используют для решения следующих задач:

  • консервация продуктов;
  • увеличение объемных параметров;
  • сохранение структуры;
  • уплотнение волокон;
  • фиксация красителей.

В подробных справочных материалах отсутствует сведения о пользе умягчителя воды для квартиры для человеческого организма, котла, либо стиральной машины. Особые характеристики применяют для решения коммерческих задач. Известно, например, что полифосфаты угнетающе воздействуют на процессы окисления, что необходимо для продления срока хранения товаров на полках магазинов.

Действующим санитарными нормативами допустима концентрация таких добавок не более 9 г на килограмм веса продуктов питания. Установлен очень высокий уровень в расчете на кг тела – не более 70 мг/сутки. Медики сообщают о следующих проблемах, возникающих при нарушении правил:

  • нарушение кислотно-щелочного баланса;
  • ухудшение обменных процессов;
  • обезвоживание организма;
  • дисфункция желудочно-кишечного тракта;
  • блокирование процесса усвоения полезных веществ и соединений.

Понятно, почему при кажущейся «безвредности» ограничена сфера применения полифосфатов. Такой фильтр для очистки жесткой воды в квартиру предназначен для решения определенных технических задач. Следует исключить употребление полимерных соединений в месте с пищей, попадание потенциальных аллергенов на кожные покровы и слизистые оболочки. Для объективности сравнительного анализа следует напомнить о невозможности автоматического добавления и дозирования подобных наполнителей.

Универсальный фильтр для жесткой воды в квартиру

Устранить перечисленные выше проблемы очень жесткой воды в квартире не сложно. Для этого достаточно выбрать подходящую по производительности установку ионного обмена. Эта технология отличается следующими плюсами:

  • жидкость после обработки насыщается небольшим количеством безвредных соединений натрия (раствором поваренной соли);
  • после разовой заправки основной наполнитель выполняет свои основные функции на протяжении 8-10 лет и более;
  • восстановительный реагент стоит недорого;
  • автоматизированы основные процессы (регенерация и промывка).

Оборудование этой категории проверено многолетней эксплуатацией. В широком ассортименте предложений современного рынка не сложно найти модель магнитного с оптимальными характеристиками.

Чтобы сохранить объективность следует отметить существенные для будущих пользователей недостатки:

  • даже «кабинетные» модификации занимают много места;
  • при выполнении регламентных восстановительных процедур фильтр для жесткой воды шумит, что беспокоит жильцов квартиры и соседей;
  • при изменении уровня жесткости настройку приходится выполнять вручную;
  • если уровень примесей не превышает нормативов СанПиН, реагенты для регенерации добавляют каждые 5-7 дней.

Типовые требования производителей поясняют сложность обеспечения нормативных рабочих условий:

  • уровень жесткости (общий) – до 15-20мг-экв/литр;
  • допустимое содержание взвешенных фракций – от 4 до 7мг/л;
  • отсутствие сероводорода, нефтепродуктов, сульфидных соединений и активного хлора;
  • температура – от 5 до 35°C;
  • влажность воздуха в помещении (для предотвращения порчи электроники управления) – до 70%;
  • бесперебойное стабилизированное электропитание;
  • поддержание напора на входе – от 2 бар;
  • производительность дренажной системы – от 0,75 до 2,4 куб. м/ час.

Выбор экономичного и удобного фильтра

Перечисленные технологии отличает один общий недостаток. Все эти виды подготовки подразумевают непосредственый контакт рабочих элементов (засыпок) с потоком жидкости. Кроме уменьшения напора следует отметить воздействие на оборудование разных примесей. Это уменьшает срок службы отдельных частей, повышает требования к предварительной фильтрации.

Элегантное инженерное решение проблемы того, что очень жесткая вода в квартире, это магнитная обработка. Силовые линии поля преобразуют микроскопические частицы накипи, блокируя увеличение размеров. Игольчатая форма этих образований препятствует присоединению к стенкам труб. Рабочая индуктивная катушка наматывается снаружи, поэтому негативные обратные влияния жидкости полностью исключены.

Электромагнитный фильтр для очень жесткой воды в квартиру не нужно настраивать на протяжении всего срока эксплуатации. Компактный блок с генератором размещают в горизонтальном или вертикальном положении. Весь процесс монтажа занимает 10-15 минут. При необходимости, набор можно быстро переместить на дачу в летний период или в другую квартиру.

Потребление современных моделей электромагнитных преобразователей не превышает 20-25 Вт за час. Техника, созданная на современной электронной базе, сохраняет функциональное состояние 25 лет и более при постоянном включении. Однако нужно не забывать о том, что этот фильтр для жесткой воды в квартиру не удаляет примеси. Как правило, его дополняют магистральной механической очисткой на входе. При необходимости – применяют специализированное оборудование для подготовки питьевой воды.

Жесткость воды

Жесткая вода. Это словосочетание прочно засело в наше сознание. Но что мы о ней знаем? Что стирать в ней очень трудно – порошок не мылится, а ткань становится неприятной на ощупь. Еще мы знаем, что вода с повышенным уровнем жесткости вредна для кожи и волос. Она вызывает сухость и шелушения. Также мы слышали, что она становится причиной образования накипи на электрических приборах и выхода из строя. Но откуда берется жесткость, каково ее влияние на здоровье человека и самое главное – как с ней бороться? Сегодня мы поможем в этом разобраться.

Какую воду называют жесткой

Жесткость – характеристика воды, которая означает уровень солей жесткости растворенных в ней. В основном это соли кальция и магния.

Термин «жесткая вода» активно используется в повседневной жизни. Однако не все до конца понимают значение. Он не указывает на непосредственные свойства воды. Мы не можем на ощупь определить жесткость или мягкость. Этот термин возник он из-за того, что ткани, которые стираются в такой воде, становятся менее мягкими и податливыми. Причина – пористая структура ткани, которая способна присоединять соли, образованные во время стирки.

Откуда берется повышенная жесткость воды

Хоть мы и привыкли связывать экологические проблемы с деятельностью человека, к жесткости природной воды из источников она отношения не имеет. Причина лежит под землей. А если точнее, в залежах пород: гипса, известняка, доломитов. Подземные воды растворяют в себе эти породы. В воде появляются катионы кальция и магния и других металлов, которые вступают в реакцию с анионами и непосредственно влияют на жесткость.

Поэтому в подземных источниках и в скважине жесткая вода. Пресная вода в поверхностных источниках мягче подземных. Однако большую жесткость поверхностные воды имеют в зимний период. Но наступлением весны в них поступают талые воды и снижают жесткость.

Виды жесткости воды

Общая жесткость выражает суммарное количество солей в воде. В свою очередь она подразделяется на две разновидности: временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Видимое отличие – в образовании осадка при нагревании. Соли временной жесткости выпадают в осадок, а постоянные наоборот. Временная жесткость особенная содержанием гидрокарбонатных или бикарбонатных соединений, которые при кипячении распадаются и образуют воду, углекислый газ и карбонат кальция. Поэтому временная жесткость полностью или частично устраняется кипячением.

Иначе дело обстоит с постоянной жесткостью. Она возникает из-за содержания в солях хлоридов, сульфатов, фосфатов, нитратов и прочих элементов. От нее невозможно избавится при помощи нагревания воды. Вещества не распадаются и не образуют осадок. А в чрезмерных количествах они вредят здоровью человека. Очищая воду, важно уделить внимание временной и постоянной жесткостям.

В чем измеряется жесткость воды

На территории РФ ее измеряют градусами жесткости. Приведу сравнительную таблицу измерения в разных странах:

В разных городах европейских стран показатель жесткости существенно отличается. Для сравнения приведу таблицу:

Качество жесткой воды

Показатель жесткости существенно влияет на вкусовые качества питьевой воды. Она приобретает неприятный горький привкус. Однако однозначных требований касательно допустимого уровня жесткости нет. Все зависит от конкретной местности проживания. Для некоторых потребителей существует одна допустимая норма, а для других она может быть в 2 раза выше.

Всемирная Организация Здравоохранения в ряде своих материалов указывает на связь жесткости и некоторых заболеваний. Однако по мнению специалистов этих данных недостаточно для установления допустимого показателя. Согласно государственному стандарту РФ, жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мг-экв/л. А вот для отопления и водонагревательных приборов свойства жесткой воды большое значение. Ведь чем она выше, тем вероятнее образование шлаков и накипи в трубах, бойлерах и чайниках. Поэтому наиболее приемлемый показатель – менее 4 мг-экв/л.

Существенный недостаток жесткой воды – слабое вспенивание моющих веществ. Это становится причиной значительного перерасхода. А после высыхания на поверхности белья, сантехники, вымытых поверхностей, и даже коже и волосах человека образуется невидимый налет.

При этом слишком мягкая вода с показателем менее 2 мг-экв/л обладает низкой щелочностью. Это влечет за собой повышенную способность к коррозии водопроводных труб. Поэтому важно соблюдать правильный баланс между жесткостью и мягкостью.

Приведу таблицу показателей жесткости и классификацию:

Влияние жесткой воды на организм человека

Жесткая вода содержит элементы, переизбыток которых негативно влияет на здоровье. При этом это влияние имеет видимые и невидимые последствия. Рассмотрим их подробно.

Реакция кожи на жесткую воду наиболее заметна и проявляется практически сразу. Соли жесткости вступают в реакцию с веществами в шампуне и прочими косметическими средствами и образуют особую пену, которая сложно смывается. После ее высыхания на поверхности кожи появляется пленка.

Главный вред жесткой воды и этого осадка заключается в уничтожении естественной сальной пленки, которая всегда присутствует на кожных покровах здорового человека. Она – защитный механизм кожи и противостоит микробам и агрессивным проявлениям внешней среды. Жесткая вода сушит кожу, способствует появлению шелушений и аллергий. Из-за нее беспокоит перхоть, избавится от которой не помогают даже специальные шампуни. Исчезновение защитной жировой пленки способствует появлению морщин и быстрому старению кожи.

Менее заметным оказывается влияние жесткой воды на пищеварительную систему. Чаще мы приписываем эти последствия съеденной еде. Однако свойства жесткой воды нередко вызывают нарушение работы желудка и кишечника. Они образуют соединения с животными белками из пищи и накапливаются в органах пищеварения, оседая на стенках. Соли способны нарушить ферментацию и поспособствовать накоплению токсинов.

Жесткая вода вредит сердцу и сосудам. Переизбыток кальция и магния ведет к нарушению работы сердечной мышцы. Однако и недостаток этих элементов грозит проблемами с сердечно-сосудистой системой. Фильтры для очистки жесткости воды помогают избежать этих проблем. Они способствуют нормальному балансу жесткости воды. Проблемы с опорно-двигательным аппаратом. Подвижность нашего тела обеспечивается благодаря синовиальной жидкости, которая служит смазкой для суставов. Употребление воды с повышенной жесткостью способствует накоплению минеральных веществ, которые значительно затрудняют двигательные способности организма. Возникают боли при сгибании и разгибании суставов.

До недавнего времени жесткой воде приписывали появления камней в почках и желчных путях. Однако исследования ученых развеяли это заблуждение. На самом деле камни появляются не при переизбытке, а при нехватке кальция. Если организм не получает достаточного количества этого элемента из пищи, то он начинает брать кальций из костей. Большая часть не усваивается и образует камни во внутренних органах и шпоры на костях. При этом переизбыток магния в воде не дает правильно усваиваться кальцию и вытесняет его из организма. Поэтому частично жесткая вода – причина появления камней.

Как определить повышенную жесткость воды в домашних условиях

Внешне вода с повышенной жесткостью совершенно не отличается от обычной. Зачастую она не имеет специфического запаха или мутности. И точное содержание солей жесткости покажет только анализ. Однако есть несколько признаков, которые безошибочно укажут на ее наличие и помогут избежать вреда жесткой воды.

  1. Загляните в чайник. Накипь – главный признак. Если в электрическом чайнике на нагревательном элементе появилась накипь, то скорее позаботьтесь об устранении жесткости. Ведь это явление не только способно повлиять на работоспособность водонагревательных приборов, но и грозит здоровью человека.
  2. Краны в ванной комнате и душевая лейка. Если вы заметили, что даже после мытья обычной водой без моющих средств на них остаются белые разводы, то это признак повышенного содержания солей кальция и марганца. Это же касается и камня в душевой лейке.
  3. Реакция кожи. Человеческий организм чутко реагирует на превышение допустимой нормы жесткости воды. Основные признаки: после принятия ванны или душа чувствуется сухость и стянутость кожи, беспокоит зуд и шелушения.
  4. Количество пены. В такой воде моющие средства пенятся намного хуже, чем в воде с нормальной жесткостью. Это затрудняет проникновение частиц средства в очищаемые поверхности. В итоге получаем неэкономное использование бытовой химии.

Методы умягчения воды

Умягчением воды называют устранение или сведение до минимума солей жесткости в составе. Для определения необходимости этого процесса для проводится анализ воды. Только по результатам делаются выводы о показателе жесткости воды. Для умягчения используются такие методы:

  • термическая обработка;
  • химическая обработка;
  • физические методы;
  • мембранный метод;
  • ионный обмен.

Далее рассмотрим каждый из них и определим их сильные и слабые стороны.

Термическая обработка

Простым языком – кипячение. Этот способ один из самых распространенных для умягчения воды дома. Как мы говорили ране, при нагревании гидрокарбонатные соединения (которые становятся причиной жесткой воды) распадаются и образуют осадок. Таким способом возможно частичное устранение жесткой воды.

К достоинствам метода относится простота реализации, невысокая стоимость и возможность умягчения воды дома. Он не требует дополнительного оборудования и материалов. Недостатки способа:

  • малый объем полученной очищенной воды;
  • необходимо ждать пока она остынет;
  • образование накипи на посуде для кипячения;
  • неполное устранение солей жесткости.

Химическая обработка

Этот метод подразумевает извлечение солей жесткости с применением химических реакций. В воду добавляют специальные вещества – реагенты. Их задача заключается в нейтрализации ионов кальция и магния. Это происходит благодаря выпадению осадка. Реагенты выбираются на основании исходного состава воды. Ими могут выступать: известь, едкий натр, кальцинированная и пищевая сода, синтетические реагенты. Давайте рассмотрим способы и случаи, в которых они применяются.

  1. Известь. Применяется для умягчения воды с высокой карбонатной жесткостью и невысокой некарбонатной. Помимо извести добавляются реагенты-коагулянты.
  2. Известь и сода. Комбинирование этих веществ дает возможность получить мягкую воду с показателем жесткости до 1,4-1,8 мг-экв/л.
  3. Если в воде значительно выражена карбонатная жесткость, то используется содо-натриевый реагент.
  4. Синтетические реагенты. Это коктейль из веществ, которые эффективно справляются с жесткостью в воде. К примеру, капсулы и таблетки для посудомоечных и стиральных машин.

Использование реагентов для смягчения воды позволяют значительно сократить жесткость и убрать взвеси. Однако у такого подхода есть несколько недостатков:

  • появление отходов, которые требуют дальнейшей утилизации;
  • точный расчет дозы вещества. В противном случае получается непригодная и даже токсичная вода;
  • после использования реагентов, вода становится пригодной только для бытовых целей. Использовать для питья и для приготовления пищи нельзя. Исключением является только пищевая сода. Однако недостаток – в частичной очистке воды.
  • реагенты требуют особых условий хранения.

Физические методы

Объединяют несколько способов очистки воды от солей жесткости, основой которых являются физические процессы:

  1. Электродиализ. Заключается в движении ионов к электродам. Таким образом металлы, входящие в состав солей жесткости, задерживаются.
  2. Магниты. Вода проходит через магнитные поля разной направленности. В процессе этого пути образуются крупные соединения, выпадающие в осадок.
  3. Магнитно-ионизационный метод. Схож с предыдущим, однако для лучшего результата применяют ионизацию.
  4. Ультразвук. Принцип действия напоминает магнитный метод. Также образуются крупные частицы.
  5. Электромагнитное излучение. Метод, который начал применятся не так давно. Под влиянием электромагнитных волн определенной частоты, ионы металлов теряют возможность создавать накипь и оседать. Такой способ борьбы с жесткостью хорош как для предотвращения накипи, так и для отслоения существующих наслоений.

Мембранный метод

Основной инструмент – высокое давление, под которым вода пропускается через полупрозрачную пленку (мембрану). Она задерживает примеси и пропускает только молекулы воды. По своим свойствам полученная вода схожа с дистиллированной. Это практически идеальный метод, который дает высокое качество получаемой жидкости.

Однако есть несколько существенных недостатков:

  • требуется большое давление;
  • вода очищается, но для ее употребления требуется дополнительная минерализация;
  • дорогостоящее оборудование и материалы.

Ионный обмен

Этот метод умягчения основан на обмене ионов жесткости в воде (кальций и магний) с ионами фильтрующих материалов (натрий). Фильтрующими материалами выступают специальные мелкозернистые смолы.

Постоянный обмен ионами приводит к исчезновению ионов из загрузки, поэтому требуется замена или восстановление. С заменой все ясно. Но что такое восстановление? Это процесс, когда через отработанную смолу пропускают специальный раствор. Чаще всего в фильтрах для очистки жесткой воды используется обыкновенная поваренная соль. Она отдает ионы натрия загрузке, а ионы жестких металлов замещаются и устраняются.

Есть несколько типов фильтров, которые работают с помощью данного метода:

  • с временными картриджами, которые требуют замены;
  • колба с загрузкой, которая требует замены;
  • фильтры с возможностью восстановления. Особенность – в наличии дополнительного оборудования с очищающей загрузкой.

Ионный обмен – метод, который позволяет получить хорошо умягченную воду в короткий срок. Еще одна особенность – долгий срок службы. Однако есть несколько недостатков:

  • фильтры без восстановления требуют замены загрузки или картриджей.
  • цена оборудования.

Комбинированный подход

Каждый метод выбирается исходя из некоторых особенностей: исходного содержания жесткости, наличия дополнительных примесей, источника воды, объекта для размещения оборудования. В некоторых случаях для достижения максимально умягченной воды используют несколько методов одновременно.

Вместо выводов

Умягчение воды – важная ступень в очистке. Жесткая вода способна вывести из строя котлы и чайники, привести к образованию накипи внутри труб отопления. Также она обладает низкими вкусовыми качествами, непригодна для питья и может вызывать проблемы со здоровьем.

Свойства жесткой воды не позволяют полноценно ее использовать для бытовых нужд. Поэтому обязательно уделите внимание умягчению. А компания Prof Water готова вам в этом помочь. Мы проведем бесплатный анализ воды на жесткость и определим уровень. И поможем подобрать оборудование, которое подойдет для вашей скважины или колодца чтобы вы и ваши близкие наслаждались только качественной водой.

Обычная вода состоит не только из атомов водорода и кислорода, в ней так же присутствует большое количество различных примесей. Именно наличие примесей определяет жесткость воды, а единицы измерения (°Ж – градус жёсткости) показывает, насколько этот показатель превышает допустимые нормы.

Жёсткость воды требуется определять не только инженерам, которые занимаются прокладкой коммуникаций, но и обычной людям в быту. Если мы используем электрический чайник или стиральную машину с функцией нагрева воды, то все это может выйти из строя, если данный показатель будет слишком высок. Даже хорошо растворить мыло в такой воде у вас вряд ли получится.

О том, как определить уровень жесткости водопроводной воды, а также о методах борьбы с большим содержанием примесей будет подробно рассказано в данной статье.

Жёсткая и мягкая вода – в чём разница

На количество соли в воде влияет наличия растворённых в ней элементов кальция и магния. Значительно повысить этот показатель может также наличие гидрата железа, содержание которого в артезианских водах бывает избыточным.

В том случае, когда таких примесей содержится незначительное количество, её называют “мягкой”. Этот показатель обычно разделяется на 3 категории:

  • Мягкая.
  • Средняя.
  • Жёсткая.

Мягкая – это дождевая или полученная в результате перегонки жидкость. В такой воде практически отсутствуют минеральные примеси.

В большинстве случаев она может получиться и в результате длительного кипячения или добавления специальных химических реагентов.

Средняя – встречается наиболее часто в водопроводных системах, а также в родниковой и артезианской воде.

Жёсткая – к данной категории относится морская, океанская, а также вода вытекающая из пластов породы богатой минеральными отложениями. В ней может быть растворено большое количество солей. Если брать в процентном соотношении, то соленость может достигать до 33% от общего объема.

Рассмотрим разновидности жёсткости

Этот показатель принято разделять на следующие категории.

  • Постоянная – является неизменным показателем, который зависит от содержания сульфатов и хлоридов.
  • Временная – обусловлена содержанием бикарбонатов кальция и магния. Название этот вид жёсткости получил за способность практически полностью нейтрализоваться в результате кипячения.
  • Жёсткость общая – получается в результате сложения показателей постоянной и временной.

Для того чтобы точно определить этот показатель, необходимо знать какими единицами измерения это можно сделать.

Единицы измерения жёсткости

Для правильного подсчёта уровня жёсткости необходимо определить концентрацию катионов кальция и магния. В настоящее время этот показатель определяется в следующих единицах измерения:

  • Моль/м3 (моль на кубический метр) – применялся в России до 2014 г.
  • °Ж (градус жёсткости) – данная единица измерения используется в России с 2014 г.
  • dH (немецкий градус) – единица измерения используется в странах Европы.
  • fo (французский градус) – также применяется в европейский странах.
  • ppm CaCO3 (американский градус) – единица измерения используется в североамериканских штатах.

Следует отметить, что в нашей стране выражение общей жёсткости моль/м3 стало использоваться только с 1952 года. До этого времени расчёты осуществлялись в градусах, которые были равны современному немецкому градусу.

С 2014 года в России действует международный стандарт подсчёта жёсткости, который выражается в градусах (°Ж). Один градус равен 1/2 миллимоля на литр жидкости, поэтому подсчитать уровень концентрации вещества в жидкости не составит большого труда.

Причины появления жёсткости воды

При круговороте воды в природе жидкость превращается в пар и поднимается в верхние слои атмосферы. После конденсации она выпадает в виде осадков и не содержит примесей влияющих на жёсткость, но проходя через слой земной коры, жидкость растворяет различные породы, в которых содержатся калий и магний. Насыщаясь этими элементами вода увеличивает свою жёсткость. В море она всегда жёсткая по причине большой концентрации хлорида натрия.

При необходимости снизить концентрацию ионов калия и магния, можно применить различные методы уменьшения количества солевых примесей.

Методы устранения жёсткости

Для борьбы с чрезмерным содержанием солей применяются следующие методы:

  • Кипячение – полностью устраняет временную жёсткость. Данный процесс сопровождается обильным выпадением осадка на дне и стенках резервуара, где происходит кипячение.
  • Химическим путём – уменьшить количество солей можно с помощью гашённой извести. Если к извести будет добавлена сода, то можно избавиться и от постоянной жёсткости
  • Заморозка – данный метод позволяет легко справиться с постоянной жёсткостью. Чтобы смягчить воду достаточно заморозить её до такого состояния, когда будет не более 10% воды, а 90% льда. Затем незамерзшая жидкость сливается, а вода в твёрдом состоянии растапливается и используется по назначению.
  • Перегонка – все соли являются нелетучими веществами, поэтому достаточно воду сначала превратить в пар с помощью нагрева, а затем конденсировать.
  • Электромагнитный способ – для смягчения жидкости используется электромагнитное поле. Данный способ уменьшения солей в воде применяется наиболее часто в котельных установках.
  • Катионный обмен – высокоэффективный способ очистки воды от избыточного количество солей. Очищение происходит при пропускании воды через слой катионита.

Любой из предложенных способов умягчения воды позволяет справиться с высоким уровнем этого показателя, но для очистки от солей питьевой воды химический способ обычно не применяется.

Как влияет жёсткость на качество воды

Жёсткость питьевой воды влияет, прежде всего, на её вкусовые качества. Порог вкуса ионов кальция находящихся в питьевой воде составляет 2-6 мг-экв/л. Порог вкуса для ионов магния значительно ниже, поэтому самой приятной на вкус питьевой водой считается та, в которой этот показатель равен от 1,6 до 3 мг-экв/л.

В некоторых случаях вода с жёсткостью до 10 мг-экв/л может использоваться в качестве питьевой, но длительное её употребление может негативно влиять на здоровье человека. Слишком жёсткая вода нежелательна для применения в устройствах нагрева жидкости. Электрические чайники, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины обязательно имеют в своей конструкции ТЭН, который в кратчайшие сроки “обрастает” отложениями, и процесс нагрева жидкости осуществляется менее эффективно.

Длительная эксплуатация электро нагревателя со значительным слоем накипи приводит к перегреву элемента и выходу его из строя. К счастью, для очистки от накипи достаточно растворить 2 пакетика лимонной кислоты в 1 литре воды и хорошо прокипятить чайник или любой другой водонагреватель. После чего следует тщательно промыть прибор и использовать его далее по назначению.

Смотреть видео

Негативно влияет высокое содержание солей воды и на процесс стирки. Растворение моющего вещества в воде богатой ионами калия и магния приводит к чрезмерному образованию пены. Пена способствует образованию налёта на элементах стиральной машины, который также может негативно влиять на работоспособность некоторых узлов этого бытового прибора.

Последствия для здоровья человека

При длительном употреблении жёсткой воды в организме человека наблюдаются серьёзные отклонения от нормы, которые прежде всего проявляются в работе следующих органов:

  1. Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) – при соединении солей входящих в состав жёсткой воды с животными жирами образуются соли жирных кислот, которые обволакивая стенки желудка и кишечника, препятствуя нормальной ферментации и значительно затормаживают перистальтику. В результате в организме накапливаются вредные вещества и шлаки, развивается дисбактериоз.
  2. Работа суставов – некоторые виды солей попадая в организм человека образуют неорганические вещества, которые со временем вытесняют синовиальную жидкость из суставов. В результате такого замещения происходит обрастание суставов кристаллами, которые вызывают сильную боль при движении. Длительное употребление жёсткой воды может привести к заболеванию артритом и полиартритом.
  3. Сердечно-сосудистая система – при значительном увеличении показателя жесткости питьевой воды, работа сердца ухудшается, вплоть до проявления выраженной аритмии.
  4. Состояние кожных покровов – жёсткая вода приводит к преждевременному старению кожи. Негативное воздействие наблюдается как при приёме жидкости внутрь, так и при мытье посуды. При контакте средства для мытья посуды с жёсткой водой образуется плёнка, которая при оседании на кожу долгое время оказывает негативное влияние на верхние слои эпидермиса.
  5. Образование камней в почках – данное утверждение является мифом, который развенчан благодаря работе учёных. Процесс камнеобразования не зависит от качества питьевой воды. Камни в почках образуются в основном из-за нехватки кальция в организме. В результате дефицита этого элемента происходит вымывание его из костей с оседанием в мочевыводящей системе.

Смотреть видео

Всех перечисленных недугов и болезненных состояний можно избежать, если использовать многоступенчатую фильтрацию воды. Применение таких устройств не будет стоить слишком дорого, а вот лечение различных патологий может обойтись в значительные суммы денег.

Методы определения жёсткости воды

Чтобы избежать негативного влияния на здоровье жёсткой воды, а также продлить срок эксплуатации нагревающим приборам, необходимо определить примерное количество солей калия и магния растворённых в жидкости. Сделать это на вкус довольно проблематично, ведь изменения могут быть выявлены таким способом только в случае превышения определённого значения.

Чтобы определить в домашних условиях большое содержание солей калия, магния и натрия можно воспользоваться следующими методами:

  • Попытаться растворить мыло в воде, если пена не образуется, то вода очень жёсткая и употреблять её не следует.
  • Если в чайнике и других приборах образуется большое количество накипи в течение небольшого промежутка времени, то вода, однозначно, превышает безопасные показатели этого значения.
  • С помощью индикаторных полосок можно более точно определить количество солей в жидкости, но такой метод потребует небольших финансовых расходов. Для проведения опыта достаточно опустить индикаторную полоску в воду на несколько секунд, а через минуту сравнить её цвет с имеющейся в инструкции таблицей.

Смотреть видео

Заключение

Очень важно знать какой жёсткости вода используется для питья, а так же в котлах отопления и в других водонагревательных приборах. Необходимость применения точных единиц измерения для проведения вычислений в домашних условиях не всегда обязательно.

В химической промышленности и на других высокотехничных производствах, наоборот потребуется знать количество растворённых в воде солей до миллиграмма, поэтому можно использовать любые единицы измерения этого показателя, предложенные в данной статье, чтобы определить и, при необходимости, снизить количество солей в воде.

Смотреть видео

жёсткость

В Википедии есть страница «жёсткость».

Русский

В Викиданных есть лексема жёсткость (L109097).
Паронимы: жестокость.

Морфологические и синтаксические свойства

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. жёсткость жёсткости
Р. жёсткости жёсткостей
Д. жёсткости жёсткостям
В. жёсткость жёсткости
Тв. жёсткостью жёсткостями
Пр. жёсткости жёсткостях

жёст-кость

Существительное, неодушевлённое, женский род, 3-е склонение (тип склонения 8a по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -жёстк-; суффикс: -ость .

Произношение

  • МФА: (файл)

Семантические свойства

Значение

  1. физ. способность тела или конструкции сопротивляться образованию деформации ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
  2. перен. убеждённость человека в своей правоте; нежелание изменить своё мнение ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
  3. перен. целеустремлённость; отсутствие поблажек ◆ Сейчас необходимы прежде всего жёсткость в отношении к преступникам и разного рода специальные мероприятия — перекрытие каналов финансирования терроризма, борьба с той идеологией, которая его подпитывает, пресечение международных контактов террористов. Сергей Кредов, Андрей Шаров, «Смертниц взорвали?», 2003.05.15 г. // «Российская газета»» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)
  4. хим. совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
  5. спец., о погодных условиях условная мера ощущений человека от совместного воздействия температуры и ветра ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
  6. геометр. свойство подмногообразия в пространстве постоянной кривизны, заключающееся в том, что любая его изометрическая вариация является тривиальной ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).

Синонимы

Антонимы

  1. мягкость

Гиперонимы

Гипонимы

Родственные слова

Ближайшее родство

  • прилагательные: жёсткостный

Этимология

Происходит от ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания

    Перевод

    Список переводов

    • Украинскийuk: жорсткість ж.

    Библиография

      Для улучшения этой статьи желательно:

      • Добавить примеры словоупотребления для всех значений с помощью {{пример}}
      • Добавить синонимы в секцию «Семантические свойства»
      • Добавить гиперонимы в секцию «Семантические свойства»
      • Добавить сведения об этимологии в секцию «Этимология»
      • Добавить хотя бы один перевод для каждого значения в секцию «Перевод»

      Жесткость

      Бытовые фильтры для очистки воды

      Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния.

      Жесткость воды — это один из основных критериев качества воды.

      Химия жесткости

      Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). В действительности, все двухвалентные катионы в той или иной степени влияют на жесткость. Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na+) таким свойством не обладают.

      В данной таблице приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они ассоциируются.

      На практике стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и, соответственно, «вклад» в жесткость ничтожно малы. Аналогично, не учитывается и незначительное влияние бария (Ва2+).

      Виды жесткости.

      Различают следующие виды жесткости.

      Общая жесткость. Определяется суммарной концентрацией ионов кальция и магния. Представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.

      Метод удаления: умягчение воды (ионообменные фильтры)

      Карбонатная жесткость. Обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. При нагреве воды гидрокарбонаты распадаются с образованием угольной кислоты и выпадением в осадок карбоната кальция и гидроксида магния.

      Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

      Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

      Некарбонатная жесткость. Обусловлена присутствием кальциевых и магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

      Метод удаления №1: умягчение воды (ионообменные фильтры)

      Метод удаления №2: обратный осмос (обессоливание воды)

      Единицы измерения.

      В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости, все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3).

      Кроме этого в зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус, ppm CaCO3.

      Соотношение этих единиц жесткости представлено в следующей таблице:

      Примечание:

  1. Один немецкий градус соответствует 10 мг/дм3 СаО или 17.86 мг/дм3 СаСО3 в воде.

  2. Один французский градус соответствует 10 мг/дм3 СаСО3 в воде.

  3. Один американский градус соответствует 1 мг/дм3 СаСО3 в воде.

Происхождение жесткости

Ионы кальция (Ca2+) и магния (Mg2+), а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

Жесткость воды колеблется в широких пределах и существует множество типов классификаций воды по степени ее жесткости. Ниже в таблице приведены целых четыре примера классификации. Две классификации из российских источников — из справочника «Гидрохимические показатели состояния окружающей среды» и учебника для вузов «Водоподготовка» /9/. A две — из зарубежных: нормы жесткости немецкого института стандартизации (DIN 19643) и классификация, принятая Агентством по охране окружающей среды США (USEPA) в 1986.

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более «жесткий» подход к проблеме жесткости «у них». Тому есть причины, о которых — ниже.

Обычно в маломинерализованных водах преобладает (до 70%-80%) жесткость, обусловленная ионами кальция (хотя в отдельных редких случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%). С увеличением степени минерализации воды содержание ионов кальция (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) в высокоминерализованных водах может достигать нескольких граммов, а в соленых озерах — десятков граммов на один литр воды.

В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океанская вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Влияние жесткости на качество воды.

С точки зрения применения воды для питьевых нужд, ее приемлемость по степени жесткости может существенно варьироваться в зависимости от местных условий. Порог вкуса для иона кальция лежит (в пересчете на мг-эквивалент) в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. В некоторых случаях для потребителей приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения.

Всемирная Организация Здравоохранения не предлагает какой-либо рекомендуемой величины жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говорится о том, что хотя ряд исследований и выявил статистически обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, имеющиеся данные не достаточны для вывода о причинном характере этой связи. Аналогичным образом, однозначно не доказано, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Вместе с тем, в зависимости от рН и щелочности, вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л может вызвать в распределительной системе отложение шлаков и накипи (карбоната кальция), особенно при нагревании. Именно поэтому нормами Котлонадзора вводятся очень жесткие требования к величине жесткости воды, используемой для питания котлов (0.05-0.1 мг-экв/л).

Кроме того, при взаимодействии солей жесткости с моющими веществами (мыло, стиральные порошки, шампуни) происходит образование «мыльных шлаков» в виде пены. Это приводит не только к значительному перерасходу моющих средств. Такая пена после высыхания остается в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже, на волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим). Главным отрицательным воздействием этих шлаков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку, которой всегда покрыта нормальная кожа и забивают ее поры. Признаком такого негативного воздействия является характерный «скрип» чисто вымытой кожи или волос. Оказывается, что вызывающее у некоторых раздражение чувство «мылкости» после пользования мягкой водой является признаком того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. В противном случае, приходится тратиться на лосьоны, умягчающие и увлажняющие кремы и прочие хитрости для восстановление той защиты кожи, которой нас и так снабдила матушка Природа.

Вместе с тем, необходимо упомянуть и о другой стороне медали. Мягкая вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л имеет низкую буферную емкость (щелочность) и может, в зависимости от уровня рН и ряда других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на водопроводные трубы. Поэтому, в ряде применений (особенно в теплотехнике) иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.

Промышленные методы обессоливания и снижения жесткости воды

Факторы, определяющие жесткость конструкций

Подробности Категория: Жесткость конструкций Просмотров: 5125

Жесткость конструкций определяют следующие факторы:

  • модуль упругости материала (модуль нормальной упругости E при растяжении-сжатии и изгибе, модуль сдвига G — при сдвиге и кручении);
  • геометрические характеристики сечения деформируемого тела (сечение F при сдвиге и растяжении-сжатии, момент инерции I при изгибе, полярный момент инерции Iр при кручении);
  • линейные размеры деформируемого тела (длина l);
  • вид нагрузки и тип опор .

Модуль упругости является устойчивой характеристикой металлов, мало зависит от термообработки и содержания (в обычных количествах) легирующих элементов и определяется лишь полностью атомно-кристаллической решеткой основного компонента. Из технических металлов только W, Мо и Be имеют повышенный модуль упругости (соответственно Е = 40, 35 и 31·104 МПа).

Однако применение того или иного материала по большей части определяется условиями работы детали. Поэтому главным практическим средством увеличения жесткости является маневрирование геометрическими параметрами системы.

На жесткость сильно влияют размеры и форма сечений. В случае растяжения-сжатия жесткость пропорциональна квадрату, а при изгибе — четвертой степени размеров сечения (в направлении действия изгибающею момента).

Влияние линейных размеров детали невелико для случая растяжения-сжатия (жесткость обратно пропорциональна первой степени длины) и очень значительна при изгибе (жесткость обратно пропорциональна третьей степени длины).

Конструктивные параметры влияют на жесткость по-разному: : при растяжении-сжатии λ = F/l, при изгибе λизг = I/l3. Для бруса круглого сечения в случае растяжения-сжатия λ = 0,785·d2/l и в случае изгиба λизг = 6,25·10-4 d4/l3. Условие равножесткости для брусьев с различными значениями l и d, нагруженных одинаковой силой Р: при растяжении-сжатии d2/l = const, при изгибе d4/l3 = const. На жесткость конструкции косвенно влияет прочность материала. При прочих равных условиях деформации пропорциональны напряжениям. Но напряжения принимают, как правило, пропорциональными прочности материала; допустимые напряжения представляют собой отношение предела прочности (или предела текучести) к коэффициенту прочности. Следовательно, чем выше прочность материала, тем больше допустимые напряжения и при прочих равных условиях больше деформация системы. Напротив, чем меньше запас прочности и ближе действующие в системе напряжения к пределу прочности, тем больше деформация и меньше жесткость системы.

Наиболее простой способ уменьшения деформаций заключается в уменьшении уровня напряжений. Однако этот путь нерационален, так как он сопряжен с увеличением массы конструкции. В случае изгиба рациональным способом уменьшения деформаций является целесообразный выбор формы сечений, условий нагружения, типа и расстановки опор. Поскольку влияние линейных параметров системы при изгибе велико , то в данном случае имеются эффективные способы увеличения жесткости, позволяющие уменьшить деформации системы в десятки раз по сравнению с исходной конструкцией, а иногда практически полностью исключить изгиб.

В случае кручения эффективными средствами повышения жесткости являются уменьшение длины детали на участке кручения и, особенно, увеличение диаметра, так как полярный момент инерции возрастает пропорционально четвертой степени диаметра. В случае растяжения-сжатия возможность увеличения жесткости гораздо меньше, так как форма сечения не играет никакой роли, а деформации зависят только от площади сечения, которая определяется условием прочности. Единственным способом повышения жесткости здесь является уменьшение длины детали. Если же длина задана, то остается только переход на материалы с более высоким модулем упругости.

Деформация зависит не только от максимального действующего напряжения в опасном сечении детали, но и от закона распределения напряжений по всем остальным сечениям, т. е. от формы детали по ее длине. Равнопрочные детали (у которых максимальные напряжения во всех сечениях одинаковы) обладают наименьшей жесткостью.

Жесткость за пределами упругих деформаций. На практике приходится учитывать возможность появления пластических деформаций. Даже в системах, рассчитанных па работу в пределах упругости, нередко возникают местные пластические деформации в слабых местах конструкции, на участках концентрации напряжений и в элементах, неблагоприятно расположенных относительно действующих сил, и т. д. Общие или местные пластические деформации могут возникнуть на перегрузочных режимах работы. Важно, чтобы эти деформации не нарушали работоспособность детали.

Поведение материала в этих условиях можно проследить на диаграмме нагрузка — относительная деформация для случая растяжения пластичной стали (рис. 92).

Пока деталь работает в области упругих деформаций (при нагрузках меньших, чем 45 кН), последние незначительны (в среднем ε<0,2%); нагружение и разгружение происходит по линии аb; при снятии нагрузки система каждый раз возвращается в исходное состояние.

Если действующая сила повышается до значения, вызывающего переход за предел упругости, то деформация системы резко увеличивается вследствие появления остаточных деформаций. Например, при повышении силы до 65 кН (точка b’) относительная деформация возрастает до 1,5%. После снятия силы разгружение происходит по линии b’a’. При полном разгружении система не возвращается в первоначальное состояние, приобретая остаточную деформацию, равную в рассматриваемом случае 1%. Вместе с тем система упрочняется в результате наклепа, возникающего при пластическом течении материала.

При повторном приложении силы нагружение происходит по линии а’b’, и система приобретает способность выдерживать без появления новых остаточных деформаций нагрузку до 65 кН. Однако вместе с этим уменьшается резерв пластической нагружаемости (разность силы, соответствующей пределу прочности, и силы, соответствующей пределу упругости). Если до приложения силы, вызвавшей остаточные деформации, резерв нагружаемости составлял 80–45 = 35 кН, то теперь он сокращается до 80–65= 15 кН.

Как видно, падение жесткости при переходе за предел упругости является временным (если только напряжение при перегрузке не превосходит предела прочности материала). Претерпев остаточную деформацию, система снова приходит в упругое состояние. Поведение ее при повторных нагружениях определяется законами упругой деформации, но только при новых значениях предела упругости и новых начальных координатах.

Возникновение незначительных остаточных деформаций не вызывает опасности, если нагрузка статическая и деформация детали не влияет на работу узла и смежных деталей. Напротив, при известных условиях они способствуют упрочнению детали. Степень упрочнения зависит от соотношения между пределом прочности σв и пределом упругости материала (или близким к последнему пределом текучести σ0,2). Отношение σ0,2/σв мало у мягких и пластичных материалов и повышается с увеличением предела прочности, достигая 0,85—0,95 для высокопрочных сталей. Таким образом, степень упрочнения может быть значительной лишь для пластичных материалов; возможности упрочнения пластической деформацией прочных сталей невелики.

Если же остаточные деформации влияют на работу узла (как это имеет место, например, в точных соединениях), то их необходимо полностью устранить или ограничить узкими пределами. Таким образом, деформация за пределом упругости зависит в первую очередь от прочности материала и характера ее изменения в области пластической деформации, т. е. от вида кривой нагружения.

На рис. 92 приведено сравнение пластической деформации деталей, выполненных из трех сталей различной прочности. Пусть на деталь действует растягивающая сила 75 кН, вызывающая напряжение, превосходящее предел упругости для всех сталей. Относительная деформация ε под действием этой силы для сталей, соответствующих кривым 1–3, равна соответственно 2,5; 1 и 0,5%. Таким образом, деформация детали, выполненной из наиболее прочной стали 3, в 2 раза меньше, чем в случае стали 2, и в 5 раз меньше, чем в случае стали 1.

Преимущества прочных сталей в рассматриваемом случае можно иллюстрировать иначе. Пусть задана предельная относительная деформация ε = 1%. Деталь, выполненная из наиболее прочной стали 3, приобретает эту деформацию при нагрузке 95 кН, из стали 2 — при нагрузке 75 кН и из стали 1 — при нагрузке 60 кН.

Из сказанного очевидно, что жесткость в области пластических деформаций определяется преимущественно прочностными факторами.

Жесткость тонкостенных и составных конструкций. В тонкостенных, в частности оболочковых, конструкциях особое значение имеет устойчивость системы. Конструкции такого рода склонны в известных условиях при напряжениях, безопасных с точки зрения номинального расчета на прочность и жесткость, подвергаться резким местным или общим деформациям, носящим характер внезапного крушения.

Главным средством борьбы с потерей устойчивости (наряду с повышением прочности материала) является усиление легко деформирующихся участков системы введением местных элементов жесткости или связей между деформирующимися участками и узлами жесткости.

В составных конструкциях (в системах из нескольких деталей, соединенных неподвижно) жесткость зависит также от такого фактора, редко учитываемого, но имеющего на практике большое значение, как жесткость узлов сопряжения. Наличие зазоров в узлах сопряжения приводит к появлению деформаций, иногда во много раз превосходящих собственные упругие деформации элементов конструкции. В подобных узлах следует обращать особое внимание на жесткость крепления и заделки деталей.

Эффективными способами увеличения жесткости составных систем являются силовая затяжка соединения, посадка с натягом, увеличение опорных поверхностей и придание деталям повышенной жесткости на участках сопряжения.

Что такое жёсткость воды и как с ней бороться

Фото: OBI

Что такое жёсткость воды

Под термином «жёсткая вода» подразумевают воду, в которой в растворённом виде присутствуют соли щелочных и щелочноземельных металлов. Это могут быть хлориды (например, хорошо знакомая всем поваренная соль, хлорид натрия), сульфаты, карбонаты (соли угольной кислоты). Особую роль играет карбонатная жёсткость, обусловленная присутствием в воде двууглекислых солей кальция и магния. Эти соли имеют особенности — при нагревании они разлагаются, образуя нерастворимый осадок, углекислый газ и воду. Этот беловатый осадок и есть хорошо знакомая всем накипь. Накипь имеет неприятное свойство образовываться на поверхностях нагревательных элементов стиральных машин, парогладильных систем, бойлеров и отопительных котлов.

Плюсом же карбонатной жёсткости является то, что соли угольной кислоты можно легко удалить из воды при её кипячении, чем мы и пользуемся, нагревая воду в чайнике. Действительно, нагревая воду до кипения, мы избавляемся от карбонатной жёсткости, а так как обычно карбонаты составляют 80-90% всех растворённых солей, то можно считать, что мы получаем «чистую» воду. Хотя это не так. Остальные соли образуют некарбонатную или постоянную жёсткость, избавиться от которой нагреванием невозможно. Именно поэтому кипячёная вода не является дистиллированной, полностью очищенной от растворённых в ней химических веществ. Хотя на потребительском уровне на эту разницу можно и не обращать внимания.

В научной литературе можно встретить разные единицы измерения жёсткости. В России жёсткость выражается суммой миллиграмм-эквивалентов ионов кальция и магния, содержащихся в 1 л воды. Один миллиграмм-эквивалент жёсткости отвечает содержанию в одном литре воды 20,04 мг/л Са2+ или 12,15 мг/л Mg2+. За рубежом жёсткость воды измеряется в других единицах. Для их взаимного перевода можно пользоваться следующими соотношениями: 1 мг-экв/л = 2,8 немецких градусов = 5 французских градусов = 3,5 английских градусов = 50 ppm (частей на миллион) в США.

Как бороться с жёсткостью воды

Жёсткость вредит не только нагревательным элементам техники, но также отрицательно влияет на эффективность работы моющих средств и может негативно сказываться на вкусовых свойствах воды. Жесткая вода не дает пены с мылом, затрудняет стирку. Поэтому желательно очищать питьевую воду от всех видов жёсткости, как растворимой, так и нерастворимой. С этой целью используются картриджные фильтры разных типов и системы обратного осмоса, когда требуется очистка небольших количество воды (литры или десятки литров воды в сутки). А для общедомовой очистки используются системы фильтрации на основе засыпных фильтров большой производительности, до нескольких м3 в сутки.

Обезопасить стиральную машину от выпадения накипи можно, однако, и без всякой очистки воды. Для этого достаточно всего лишь не использовать программы, в которых полагается нагрев воды свыше 60-70 С. Современные моющие средства и современные стиральные машины отлично отстирывают и при комнатной температуре воды. При таких условиях стирки накипь вашей стиральной машине не грозит.

Отметим, что слишком мягкая вода, из которой удалены все соли, также может быть опасна для бытовой техники. В частности, мягкая вода обладает повышенными коррозионными свойствами, быстрее разрушает металлические стенки трубопроводов и детали систем отопления и водоснабжения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *