Duritatea apei

Duritatea apei este un set de proprietăți chimice și fizice ale apei asociate cu conținutul de săruri de metale alcalino -pământoase dizolvate în ea , în principal calciu , magneziu și fier (așa-numitele săruri de duritate ).

Apă tare și moale

Apa cu un continut mare de sare se numeste tare , cu un continut scazut - moale . Termenul „dur” în legătură cu apa s-a dezvoltat istoric din cauza proprietăților țesăturilor după ce au fost spălate cu săpun pe bază de acizi grași – o țesătură spălată în apă dură este mai greu la atingere. Acest fenomen se explică, pe de o parte, prin sorbția sărurilor de calciu și magneziu ale acizilor grași de către țesătură, care se formează în timpul procesului de spălare la nivel macro. Pe de altă parte, fibrele textile au proprietăți de schimb ionic și, ca rezultat, capacitatea de a absorbi cationi multivalenți la nivel molecular. Există duritate temporară (carbonată) , datorată bicarbonaților de calciu și magneziu Ca (HCO 3 ) 2 ; Mg (HCO 3 ) 2 , și duritate constantă (non-carbonată) , cauzată de prezența altor săruri care nu sunt eliberate în timpul fierberii apei: în principal sulfați și cloruri de Ca și Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2 ).

Apa dură usucă pielea la spălare, nu face spumă bine când folosești săpun . Utilizarea apei dure determină apariția sedimentelor ( calarilor ) pe pereții cazanelor, în conducte etc. În același timp, utilizarea apei prea moale poate duce la coroziunea conductelor, deoarece în acest caz nu există acid - tamponare de bază , care este asigurată de duritatea hidrocarbonată (temporară). Gustul apei potabile naturale, cum ar fi apa de izvor , se datorează tocmai prezenței și raportului conținutului de diferite săruri de duritate.

Duritatea apelor naturale poate varia în limite destul de largi și nu este constantă pe tot parcursul anului. Duritatea crește datorită evaporării apei, scade în sezonul ploios, precum și în timpul topirii zăpezii și gheții.

Unități de măsură

Pentru exprimarea numerică a durității apei este indicată concentrația de cationi de calciu și magneziu din aceasta . Unitatea SI recomandată pentru măsurarea concentrației este moli pe metru cub (mol/m³), cu toate acestea, în practică, grade de duritate și echivalenți miligrame pe litru (mg-eq/l) sunt utilizate pentru măsurarea durității.

În URSS, până în 1952, s-au folosit grade de duritate, care au coincis cu cele germane. În Rusia , concentrația normală de ioni de calciu și magneziu, exprimată în miligrame echivalent pe litru (mg-eq/l), a fost uneori folosită pentru a măsura duritatea . Un meq/l corespunde conținutului de 20,04 miligrame de Ca 2+ sau 12,16 miligrame de Mg 2+ per litru de apă ( masa atomică împărțită la valență ).

La 1 ianuarie 2014, Rusia a introdus standardul interstatal GOST 31865-2012 „Apă. Unitatea de rigiditate „ [1] . Conform noului GOST, rigiditatea este exprimată în grade de duritate (°F). 1 °F corespunde concentrației elementului alcalino-pământos, numeric egală cu 1/2 din milimolul său pe litru (1 °F = 1 mg-eq/l).

Uneori concentrația este dată pe unitatea de masă , nu de volum , mai ales dacă temperatura apei se poate modifica sau dacă apa poate conține abur , ceea ce duce la modificări semnificative ale densității .

În diferite țări s-au folosit diverse unități nesistemice (uneori sunt încă folosite) - grade de duritate.

grad	Desemnare	Definiție	Valoare
grad	Desemnare	Definiție	°F	mmol/l
Deutsch	°dH (deutsche Härte), °dGH (grade de duritate generală), °dKH (pentru duritatea carbonatului)	1 parte oxid de calciu (CaO) sau 0,719 părți oxid de magneziu (MgO) la 100.000 părți apă	0,3566	0,1783
Engleză	°e sau °Clark	1 cereale CaCO 3 până la 1 galon englez de apă	0,2848	0,1424
limba franceza	°TH sau °F	1 parte CaCO 3 la 100.000 părți apă	0,1998	0,0999
american	ppm	1 parte CaCO 3 la 1.000.000 de părți apă	0,0200	0,0100
american	gpg (grane per galon)	1 cereale CaCO 3 până la 1 galon american de apă	0,3420	0,1710

În funcție de mărimea durității totale, se disting apa moale (până la 2 °F), duritatea medie (2-10 °F) și apa dură (mai mult de 10 °F).

Duritatea apei din surse de suprafață fluctuează semnificativ pe parcursul anului; este maxim la sfârșitul iernii, minim - în perioada de inundație (de exemplu, duritatea apei Volga în martie este de 4,3 °F, în mai - 0,5 °F [2] ). În apele subterane, duritatea este de obicei mai mare (până la 8-10, mai rar până la 15-20 °J) și se modifică mai puțin în timpul anului.

Metode de eliminare

Eliminarea durității în exces a apei este una dintre etapele tratării apei .

Înmuiere termică . Pe baza apei clocotite , ca urmare, bicarbonații de calciu și magneziu instabili termic se descompun cu formarea de calcar:

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

Fierberea îndepărtează doar duritatea temporară (carbonată). Găsește aplicație în viața de zi cu zi.

Înmuierea reactivului . Metoda se bazează pe adăugarea de sodă sodică Na 2 CO 3 sau var stins Ca (OH) 2 în apă . În acest caz, sărurile de calciu și magneziu trec în compuși insolubili și, ca urmare, precipită. De exemplu, adăugarea de var stins are ca rezultat transformarea sărurilor de calciu în carbonat insolubil:

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

Cel mai bun reactiv pentru eliminarea durității generale a apei este ortofosfatul de sodiu Na 3 PO 4 , care face parte din majoritatea preparatelor de uz casnic și industriale:

{\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))))

Ortofosfații de calciu și magneziu sunt foarte puțin solubili în apă, deci sunt ușor separați prin filtrare mecanică. Această metodă este justificată la un consum relativ mare de apă, deoarece este asociată cu soluționarea unui număr de probleme specifice: filtrarea sedimentelor, dozarea precisă a reactivului.

Cationizare . Metoda se bazează pe utilizarea încărcării granulare schimbătoare de ioni (cel mai adesea rășini schimbătoare de ioni). O astfel de încărcare, la contactul cu apa, absoarbe cationii sărurilor de duritate (calciu și magneziu, fier și mangan). În schimb, în funcție de forma ionică, dă ioni de sodiu sau hidrogen . Aceste metode sunt numite, respectiv, Na-cationizare și H-cationizare. Cu o sarcină schimbătoare de ioni selectată corespunzător, duritatea apei scade cu cationizarea sodiului într-o singură etapă la 0,05-0,1 °F, cu două trepte - până la 0,01 °F.

În industrie, cu ajutorul filtrelor schimbătoare de ioni, ionii de calciu și magneziu sunt înlocuiți cu ioni de sodiu și potasiu, obținându-se apă moale.

Osmoza inversa . Metoda se bazează pe trecerea apei prin membrane semipermeabile (de obicei poliamidă). Împreună cu sărurile de duritate, majoritatea celorlalte săruri sunt, de asemenea, îndepărtate. Eficiența curățării poate ajunge la 99,9%.

Există nanofiltrarea (diametrul condiționat al găurilor de membrană este egal cu unitățile de nanometri) și picofiltrarea (diametrul condiționat al găurilor de membrană este egal cu unitățile de picometre). Dezavantajele acestei metode trebuie remarcate:

necesitatea pregătirii preliminare a apei furnizate membranei de osmoză inversă;
cost relativ ridicat al 1 litru de apă produsă (echipament scump, membrane scumpe);
salinitatea scăzută a apei rezultate (în special cu picofiltrare). Apa devine aproape distilată .

Electrodializa . Se bazează pe îndepărtarea sărurilor din apă sub acțiunea unui câmp electric. Eliminarea ionilor substanțelor dizolvate are loc datorită membranelor speciale. La fel ca și atunci când se folosește tehnologia de osmoză inversă, alte săruri sunt îndepărtate, pe lângă ionii de duritate.

Este posibilă purificarea completă a apei din sărurile de duritate prin distilare .

Semnificație clinică

Consumul de apă dură sau moale nu este de obicei periculos pentru sănătate, cu toate acestea, standardele ruse indică faptul că duritatea mare contribuie la formarea pietrelor urinare , iar duritatea scăzută crește ușor riscul de boli cardiovasculare [3] .

Utilizarea apei dure pentru hrănirea și îmbăierea nou-născuților crește riscul de dermatită atopică și/sau eczemă la copii. Vârsta medie a primelor simptome este de 3 luni. Mai mult, apariția eczemei declanșează mecanismul de dezvoltare a autoalergiei de -a lungul lanțului „marș atopic” - de la eczeme la alergii alimentare și astm bronșic . [patru]

Note