Жесткость воды 6. Жесткость воды и ее нормы

Вода – это сложный природный раствор. Вся жизнь на земле зависит от воды и в большей своей части состоит из нее. Вода в том или ином виде содержит в себе, все существующие химические элементы, в том числе и газы. Возможность существования в воде живых существ обусловлена ее гидрохимическими параметрами, которые в свою очередь зависят не только оттого, что в ней содержится, но и в каких пропорциях.

Многие люди слышали о таком понятии как жесткость воды . Но не многие представляют, что это такое и откуда она берется.

Жесткость – это особое свойство воды, во многом определяющее её потребительские качества и поэтому имеющее важное хозяйственное значение. Жесткая вода в процессе кипения образует накипь на стенках всевозможных нагревательных приборов (чайников, отопительных котлов, стиральных машин, батареях и пр.), чем значительно ухудшает их теплотехнические характеристики. Кроме того, жесткая вода плохо подходит для стирки, ухудшая моющие свойства мыла. Катионы Ca2+ и Mg2+ вступают в химическую реакцию с жирными кислотами мыла, в результате которой образуются плохо растворимые соли, создающие пленки и осадки, снижающие качество стирки и повышающие расход моющего средства. Проще говоря, жесткая вода плохо мылится.

Жесткость воды обусловлена содержанием в ней солей кальция и магния. Эти химические элементы являются активными регуляторами многих химических процессов в природе, а жесткость воды несомненно является одним из важнейших показателей качества воды, с какой бы целью она не применялась – для питья, технических нужд, или содержания и разведения рыбы.

Вполне естественно, что вода, взятая из разных водоемов, может существенно отличается по жесткости.
Причем если водоем, будь то озеро или река пополняется водой в основном из подземных источников, которые как правило протекают в известняковых пластах земной коры, при прохождении которых вода обогащается солями жесткости, то вода в таком водоеме будет жесткой.

Если же основной источник пополнения водоема – талая или дождевая вода, то вода в таком водоеме будет мягкой.
В целом, жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных.

Жесткость воды в природных водоемах периодически изменяется достигая максимального значения в зимний период и минимального весной во время таяния снега. Что касается тропических водоемов, а обитатели аквариумов в основном выходцы из тропических стран, то там наблюдается похожая закономерность. В засушливый сезон вода более жесткая чем в сезон дождей.

Жесткость воды может колебаться в широких пределах. Значительные колебания временной и общей жесткости могут отрицательно сказываться на здоровье обитателей аквариума. Обычно в аквариуме преобладает жесткость, обусловленная наличием ионов кальция (до 70%); однако в некоторых случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Так например, в озере Танганьика преобладает магниевая жесткость , поэтому иногда аквариумисты практикуют добавление в воду сульфата магния.

Океанская и морская вода имеют очень высокую степень жесткости (десятки и сотни мг-экв/дм3).

Иначе говоря, при незначительном содержании солей кальция и магния, воду называют мягкой, а при большом количестве – жесткой. Кроме этого, также различают кальциевую и магниевую составляющие. Хотя эти элементы довольно близки по своим свойствам, но небольшие различия все же есть. Так, магниевые соли растворяются в воде несколько хуже чем кальциевые, а их избыток придает воде горьковатый вкус.

Итак, жесткость воды это свойство обусловленное содержанием в ней растворимых солей кальция и магния, называемых еще солями жесткости.

Когда речь идет о жесткости воды в аквариуме, то имеется в виду так называемая общая жесткост ь, образованная двумя составляющими: временной (карбонатной) и постоянной (некарбонатной).
Это соотношение можно записать так:

общая жесткость (GH) = временная жесткость (КН) + постоянная жесткость (NKH).

Временная жесткость отражает наличие в воде гидрокарбонатов магния и кальция. Эти соли легко распадаются в процессе кипячения воды, в результате чего образуется угольная кислота и гидроксид магния с карбонатом кальция в виде осадка, который многим известен как накипь.

От величины временной жесткости зависит растворимость в ней CO2, а соответственно значение pH в аквариуме. Чем выше карбонатная жесткость тем хуже растворяется в воде CO2 и выше значение pH.
Если в аквариуме плохо развиваются растения, то наиболее вероятной причиной этого может быть высокое значение карбонатной жесткости , так как в мягкой воде растения лучше усваивают необходимые им минеральные элементы.

Постоянная жесткость воды в аквариуме обусловлена присутствием в воде кальций-магниевых солей разных кислот (азотной, соляной и серной) и при кипячении не изменяется.

В действующем аквариуме вода со временем смягчается, т.к. кальций усваивается рыбами, беспозвоночными животными и растениями. Поэтому старая вода как правило более мягкая. В аквариуме с большим количеством растений, при сильном освещении, жесткость может, изменятся в течение суток. В дневное время она становиться меньше, а ночью увеличивается. Особенно это актуально для аквариумов, в которых развились зеленые водоросли.

В зависимости от своих свойств вода способствует или тормозит развитию жизненных процессов. В общем случае, для аквариума пригодна чистая, прозрачная, содержащая все необходимые для растений микроэлементы водопроводная вода с GH 5-20°, KH 2-15° градусов, pH 6,5-7,5.

Общая жесткость воды в аквариуме измеряется в GH – это значение показывает суммарное количество в воде ионов щелочноземельных металлов, таких как кальция, магния, стронция, бериллия и бария. Физиологическое значение этих элементов для пресноводных рыб чрезвычайно велико, но потребляют они эти элементы не из воды, а из корма. Строго говоря, в подавляющем большинстве случаев этот параметр для рыб не сильно критичен. Опасность для них представляют только экстремальные значения.

Так, в воде со значением GH близким к нулю вообще ничего живое жить не будет. А при очень больших показателях, превышающих 35-50°GH, в действие вступают уже другие факторы, здесь пресноводная аквариумистика кончается, и начинается зона действия законов природы для солоноватых вод. Тут уже начинают сказываться различные осмотические явления, при которых далеко не каждая пресноводная рыба способна выжить. Во всех же остальных случаях большинство рыб легко адаптируются к любым разумным значениям общей жесткости.

Обратите внимание на взаимосвязь параметров: GH, KH и pH. Хотя эти три параметра различны, они все взаимодействуют друг с другом в разной степени, делая трудным изменение одного параметра без изменения других. Это – одна из причин, по которой начинающим аквариумистам не рекомендуют заниматься изменением параметров воды, если на то нет необходимости.

Как пример, жесткая вода , часто становится из-за известняка. Известняк содержит карбонат кальция, который когда растворяется в воде, увеличивает, и GH (от кальция) и KH (от карбоната). Увеличение KH также обычно увеличивает pH. Как следствие KH действует подобно губке, поглощая кислоту из воды и увеличивая pH.

Единицы измерения жесткости воды

В литературе посвященной аквариумистике, жесткость до сих пор измеряют в градусах, причем в разных странах свои собственные градусы, отличные от других.
Идентичны пожалуй только немецкие и русские градусы жесткости, правда, давно официально отменные в обеих странах, но по-прежнему существующие в аквариумной литературе.

В западных странах используется такие единицы измерения жесткости, как немецкий (d°, dH), французский (f°) и американский градус (ppm CaCO3).

Очень мягкой считается вода с жесткостью от 0 до 4°, мягкой — от 5 до 8°, вода средней жесткости — от 9 до 16°, жесткая вода — от 16 до 30° и более 30° — очень жесткая вода .

Обратите внимание, что сокращения GH, КН и NKH являются общепринятыми во всей аквариумной литературе. Например, вы можете встретить запись 12° dGH и 4° dKH, что означает, соответственно, 12 немецких градусов общей жесткости и 4 немецких градуса карбонатной жесткости.

В городах аквариумисты используют водопроводную воду, жесткость которой зависит прежде всего от географического положения и в меньшей степени от времени года.

Например, жесткость воды в Москве находится в диапазоне от 4 до 12°, в Санкт-Петербурге, от 2 до 3°, а в Одессе 12° и выше.

Для перевода одних градусов жесткости в другие можно воспользоваться таблицей:

Как пользоваться этой таблицей?

Допустим, исходная общая жесткость воды в аквариуме равна 3.25 мг-экв/л. Вам надо перевести эту величину в немецкие градусы. В ячейке, соответствующей пересечению строки мг-экв/л и столбца немецких градусов находим коэффициент, он же множитель, равный 2.804. Теперь надо умножить 3.25 на 2.804. Произведение этих чисел и будет жесткостью в немецких градусах (dGH). Жесткость вашей воды в dGH=9.110. То есть, сравнительно с мг-экв/л, немецкие градусы – более мелкие единицы измерения.

Если же вы счастливый обладатель американского теста, и он выдал результат, к примеру, 14 американских градусов (usH), а вам нужны все те же немецкие, то ответ в dGH будет: 14*0.056=0.780. Но это только в том случае, если мы считаем что американский градус равен 1 мг CaCO3 в 1л воды (так пишут во всей русскоязычной литературе), сами же американцы считают, что их градус жесткости в 17.12 раз больше, соответственно, и результат измерения в dGH будет равен 13.35. То есть эти американские градусы довольно близки к немецким.
Пользование разными единицами измерения жесткости без их пересчета может привести к существенному искажению данных. Так 14 американских градусов – это всего лишь 0.78 немецких.
Поэтому читая сообщения американского аквариумиста, о том, что у него рыбы отнерестились при 14° град. жесткости, не думайте, что им подходит для нереста жесткая вода , эта вода на самом деле очень мягкая. В любом случае, первое что надо сделать – это выяснить в каких единицах представлены результаты.

Как повысить жесткость воды в аквариуме?

Для того чтобы повысить жесткость воды в аквариуме на небольшую величину (1-3°) достаточно поместить в него куски мрамора или известняка. В этом случае жесткость воды будет увеличиваться постепенно, причем чем мягче исходная вода, тем быстрее увеличится ее жесткость.

Более эффективный метод повышения жесткости – химический, реализуемый путем добавления в воду растворов хлористого кальция и сульфата магния (магнезии). Эти препараты можно приобрести в аптеке.
Так при добавлении одного миллиграмма 10-процентного раствора хлористого кальция жесткость одного литра воды в среднем повышается на 3°, а добавление одного миллиграмма 25-процентного раствора сульфата магния увеличит жесткость воды на 4°.

Максимальный эффект достигается одновременным использованием обоих препаратов, это даст более близкое к естественному соотношение ионов кальция и магния.

Как понизить жесткость воды в аквариуме?

Существует несколько способов для уменьшения жесткости воды в аквариуме. Самый простой заключается в ее кипячении, например, чтобы уменьшить жесткость воды приблизительно в два раза, необходимо кипятить ее в течение получаса.

Понизить жесткость воды можно путем вымораживания. Этот метод заключается в следующем: воду наливают в небольшой пластиковый контейнер и помещают в холодильник, после того как большая часть воды в емкости замерзнет, не замерзшую воду сливают, а оставшийся лед, практически не содержащий солей, растапливают, после чего доводят температуру полученной воды до комнатной и используют. Полученная таким способом вода будет иметь значительно меньшую жесткость.

Оба этих метода понижения жесткости рассчитаны на не большие объемы воды. А как быть в случае если необходимо уменьшить жесткость воды в большом аквариуме?

В этом случае, для получения мягкой воды используют специальное оборудование.

На сегодняшний день лучшим решением можно считать использование установки обратного осмоса. Такие установки (фильтры) вполне доступны и используются в бытовых целях. На выходе такого фильтра вода будет иметь нулевую жесткость.
А для получения воды определенной жесткости достаточно разбавить отстоянную водопроводную воду полученной водой.
Объем необходимой водопроводной воды, можно рассчитать по формуле:

GH’ — необходимая жесткость воды
V’ — объем воды с необходимой жесткостью
GH — жесткость водопроводной воды
А чтобы найти объем «осмолята» нужно просто вычесть объем водопроводной воды из объема воды с необходимой жесткостью:

Например, чтобы получить 60 литров воды с жесткостью 4 градуса, при жесткости воды в водопроводе 15 градусов:
Нужно взять 16л водопроводной воды и смешать ее со следующим объемом «осмолята»: Vосм=60л–16л=44л

Для устранения жесткости также используется метод ионного обмена или катионирования, когда воду пропускают через слой катионита (специальной смолы). При этом катионы Са2+ и Mg2+, находящиеся в воде, обмениваются на катионы Nа+, содержащиеся в применяемом катионе. В некоторых случаях требуется удалить из воды не только катионы Са2+ и Mg2+, но и другие катионы и анионы. В таких случаях воду пропускают через катионит, содержащий в обменной форме водородные ионы (Н – катионит), и анионит, содержащий гидроксид – ионы (ОН – анионит).

В итоге вода освобождается как от катионов, так и от анионов солей. Такая обработка воды называется ее обессоливанием.

Как измерить жесткость воды в аквариуме?

Оценить значение общей жесткости воды в аквариуме можно по крайней мере шестью различными способами:

1. Комплексонометрическим титрованием трилоном Б. Это самый точный метод, но не самый простой.

2. С помощью покупных тестов. Это не очень точно, зато быстро и просто.

3. С помощью измерения электропроводности воды. Очень просто, но нужен кондуктометр.

4. С помощью ионометра (вольтметра с высоким входным сопротивлением) и ионоселективного электрода.

5. С помощью титрования соляной кислотой пробы воды, обработанной щелочью и содой. Это не просто и не очень точно.

6. С помощью обычного хозяйственного мыла. Это тоже не точно, но и не сложно.

Определение временной, или карбонатной жесткости воды в аквариуме

Определение карбонатной жесткости воды проводится путем её титрования соляной кислотой.

Под титрованием понимается добавление к исследуемой воде раствора реагента, концентрация которого заранее известна. По расходу этого реагента, а он вступает в химическую реакцию с тем веществом, содержание которого хотят определить, рассчитывают концентрацию определяемого вещества.

Для аквариумных нужд удобно пользоваться 0.05М раствором соляной кислоты. В качестве индикатора понадобится метиловый оранжевый, который необходим для того, чтобы установить момент окончания титрования.

Соляная кислота, и метиловый оранжевый очень распространенные реактивы. Их всегда можно приобрести в специализированных магазинах. Присутствуют они и в любой химической лаборатории.

Приготовление реактивов:
Для приготовления 0.05М раствора соляной кислоты, 4 мл покупной 38% соляной кислоты растворяют в дистиллированной воде (примерно в 200-300 мл), после чего доводят все той же водой раствор до 1 литра.

Работа с концентрированной соляной кислотой требует предельной осторожности, ОНА НЕ ДОЛЖНА ПОПАДАТЬ НА РУКИ И ОДЕЖДУ, а ВДЫХАНИЕ ЕЕ ПАРОВ ВРЕДНО . Помните, что ВСЕГДА НАДО ДОБАВЛЯТЬ КИСЛОТУ В ВОДУ, А НЕ ВОДУ В КИСЛОТУ .
Разбавленная до указанной концентрации соляная кислота никакой опасности не представляет.

Для приготовления раствора индикатора небольшое его количество — 0.1 г растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Особой точности здесь не требуется, все можно сделать на глаз.

Проведение анализа:
Как можно точнее отмеряют 50 мл исследуемой воды. Добавляют в нее несколько капель раствора метилового оранжевого, до тех пор пока вода не окрасится в желтый цвет. Далее проводят титрование пробы кислотой до изменения цвета индикатора.

Кислоту удобно набрать в шприц до отмеченного заранее деления и из него дозировано добавлять в раствор. Сначала порции кислоты могут быть относительно большими, но к концу титрования надо быть аккуратным и осторожным, цвет может поменяться буквально от одной капли.

Титровать надо не торопясь, осторожно перебалтывая воду в стаканчике.

Как только цвет раствора изменится с желтого на оранжевый, следует прекратить титрование. Лучше проделать эту процедуру несколько раз, каждый раз точно засекая какой объем кислоты был израсходован.
Затем вычислить СРЕДНИЙ ОБЪЕМ пошедшей на титрование кислоты. Зная этот объем можно рассчитать карбонатную жесткость по формуле:

Где Ск — концентрация кислоты в молях (М/л), Vк — объем раствора кислоты использованный при титровании (мл), Vв — объем пробы воды, взятой для титрования (мл).

Если Ск = 0.05 М, а Vв = 50 мл, то

То есть если вы титровали 50 мл воды 0.05 М соляной кислотой, то в этом случае карбонатная жесткость в
мг-экв/л будет численно равна объему кислоты (в мл), израсходованному для титрования.

Например, если на титрование ушло 1.5 мл раствора кислоты, то карбонатная жесткость воды равна 1.5 мг-экв/л. Для перевода в градусы KH значение в мг-экв/л надо умножить на 2.804: 1.5*2.804=4.2°KH.

Определение общей жесткости воды в аквариуме

Этот тест не отличается от большинства других тестов для определения общей жесткости , он основан на титровании кальция и магния трилоном Б в присутствии металлоиндикатора. В качестве индикатора в данном случае используется хром темно-синий, который позволяет определить кальций и магний отдельно.

Приготовление реактивов.
Индикатор: В 10 мл этилового спирта на кончике ножа внести индикатор (хром темно-синий), порошок растворяется долго. Раствор должен быть темный, как крепкий раствор марганцовки. При отсутствии спирта можно использовать водку.

Титровальный раствор: 500 мг трилона Б (динатриевой соли ЭДТА 2-водной) растворить в 75 мл дистиллированной воды.

Определение общей жесткости (суммы кальция и магния)
К 10 мл исследуемой воды добавить 8-10 капель 10%-ного раствора аммиака (аптечного нашатырного спирта) для создания щелочной среды и 1-3 капли индикатора до появления хорошо заметной розово-сиреневой окраски.

Затем по каплям добавлять раствор трилона Б до появления устойчивой сине-фиолетовой окраски, перемешивая пробу после каждой капли. При приближении к конечной точке титрования добавлять титровальный раствор следует медленно, так как смена окраски может произойти через 2-3 секунды после добавления очередной капли.
Результат получаем в немецких градусах: 1 капля = 0,5 dGH (для пипетки 1 мл=20 капель), т.е. если на титрование ушло 20 капель, то общая жесткость GH=10.

Определение постоянной и карбонатной жесткости с помощью готовых наборов.

Такие тесты выпускаются многими производителями, они продаются в зоомагазинах.

Пользоваться ими просто и удобно. Как правило такие наборы продаются в красивой упаковке в которой находятся: мерный стаканчик, пузырек-капельница с реагентом-индикатором и инструкция.

Ход анализа предельно прост.

Для определения общей жесткости :
В мерный стаканчик надо набрать 5 мл исследуемой воды, далее в достаточно освещенном помещении, поместив стаканчик против белого фона, добавляем содержимое теста по каплям, перемешивая после каждой капли, до тех пор, пока вода не изменит цвет с розового на зеленый. Количество капель соответствует значению общей жесткости воды в немецких градусах.

Для определения карбонатной жесткости :

В 5 мл. исследуемой воды добавляем содержимое теста по каплям, перемешивая после каждой капли, до тех пор, пока вода не изменит цвет с синего на желтый. Число капель соответствует значению карбонатной жесткости воды в немецких градусах.

Вы не пожалеете если приобретете эти наборы.

Измерение общей жесткости воды с помощью кондуктометра

Кондуктометр (TDS-метр) - это электронный прибор, измеряющий электропроводность воды, которая тем выше, чем больше в ней растворено солей. Поэтому его еще иногда называют солемер.

Этот метод позволяет составить достаточно точное представление о жесткости воды в аквариуме в том случае, если Вы не сыпали в аквариум поваренную соль и не регулировали рН средствами типа рН-минус, рН-плюс и другими кислотами и щелочами.

По его показаниям можно косвенно судить о величине общей жесткости, для этого достаточно лишь воспользоваться графиком

Объяснять тут почти совсем нечего – все очень просто.

Если электропроводность воды, к примеру, 200 мкСм/см, то жесткость ее будет около 5° dGH, если — 360 мкСм/см, то около 10° dGH и т.д. Можно распечатать этот график и проведя горизонтальную линию от точки на оси ординат, соответствующей значению электропроводности, до пересечения ее с кривой графика, а от этой точки вертикальную линию до оси абсцисс, определить общую жесткость воды. График этот составлен на основе анализа реальных образцов природных вод.

Метод подкупает своей простотой. Но при его использовании необходимо учитывать, что это косвенное измерение общей жесткости .
Показания прибора сильно зависят от температуры исследуемого раствора (существуют модели с термокомпенсацией, но они дороже). А так же электропроводность зависит от активной реакции воды(pH). При длительном использовании возможна сульфатация электродов, которая так же искажает показания прибора (есть модели, в которых для измерения используется переменный ток, но они так же дороже).

Самым доступным, дешевым и точным в домашних условиях, без использования сложного химического или электронного оборудования является метод определения общей жесткости с помощью обычного хозяйственного мыла.

Этот способ описал в своей книге И. Шереметьев. Основан этот метод на том, что хозяйственное мыло, как и любое другое трудно размылить в жесткой воде. И только когда мыло свяжет избыток солей кальция и магния – появляется мыльная пена.
Для определения жесткости воды нужно взвесить один грамм хозяйственного мыла, измельчить его и аккуратно, чтобы не образовалась пена растворить в небольшом количестве горячей дистиллированной воды. Дистиллированную воду можно купить в автомагазинах. Она используется для добавления в аккумулятор при повышении концентрации электролита.
Далее мыльный раствор наливаем в цилиндрический стакан и доливаем дистиллированной воды до уровня 6 сантиметров, если мыло 60% или до уровня 7 сантиметров если мыло 72%. Процент содержания мыла указан на бруске. Теперь в каждом сантиметре уровня мыльного раствора содержится количество мыла способное связать соли жесткости, количество которых соответствует 1°dH в 1 литре воды.
Далее в литровую банку наливаем пол-литра исследуемой воды. И непрерывно помешивая, понемногу прибавляем наш мыльный раствор из стакана в банку с исследуемой водой. Поначалу на поверхности будут только серые хлопья. Затем появятся разноцветные мыльные пузыри. Появление устойчивой белой мыльной пены говорит о том, что все соли жесткости в исследуемой воде связаны.
Теперь смотрим на наш стакан и определяем, сколько сантиметров раствора нам пришлось вылить из стакана в исследуемую воду. Каждый сантиметр связал в половине литра воды количество солей соответствующее 2°dH. Таким образом, если вам пришлось до появления пены вылить в воду 4 сантиметра мыльного раствора, то жесткость исследуемой воды равна 8°dH.
Если вы вылили в воду весь мыльный раствор, а пена так и не появилась, это означает, что жесткость исследуемой воды больше 12°dH. В таком случае исследуемую воду разбавляем дистиллированной водой в два раза. И проводим анализ снова. Теперь полученный результат жесткости нужно будет умножить на два. Полученное значение будет соответствовать жесткости исследуемой воды.
При определенном опыте погрешность метода около 1 – 2 °dH. Что вполне допустимо для наших целей. Учитывая простоту и доступность метода он, безусловно, заслуживает внимания.

Вообще-то, большинство рыб и растений способны благополучно приспосабливаться к изменяющимся условиям, в том числе и к непривычной жёсткости (или, наоборот, мягкости) воды.

Умение различать такие параметры воды, как жесткость и мягкость, необходимо в том случае, если вам придется иметь дело с каким-нибудь “трудным” видом рыб, предъявляющим высокие требования к окружающей среде. Но размножение рыбы в условиях неподходящей жёсткости весьма затруднительно, а иногда и совершенно невозможно. При выборе рыб и растений для вашего аквариума вы обязаны учитывать их требования к жесткости воды .
Например, совершенно недопустимо сажать вместе цихлид из африканских озер Малави и Танганьика, которым нужна жесткая вода , и рыб из бассейна реки Амазонки, которым нужна мягкая вода.

Вам необходимо заранее определиться со своими пристрастиями и решить, какая жесткость воды будет в вашем аквариуме и соответственно, какие рыбы будут у вас жить.

Водные растения, достаточно чувствительные к жесткости воды , предпочитают слабожесткую, хотя есть и исключения. Так, мадагаскарские апоногетоны решетчатые, баивианус растут в водах с жесткостью 0,8-1,2°dH, а в аквариумах погибают при жесткости 4-5°. Криптокорина цилиата, наоборот, растет при жесткости, превышающей 20-30°.

Поскольку развитие растений в очень мягкой воде попросту невозможно, для большинства аквариумистов вопрос об этом типе воды не возникает вне зависимости от того, можно его воспроизвести или нет.

В мягкой воде разрушаются раковины улиток, плохо переносят линьку креветки и раки – этим животным недостает кальция.

Большинство аквариумных рыб и растений на своей родине живет в очень мягкой или мягкой воде. В наших кранах в среднем течет вода средней жесткости или жесткая. Но не стоит отчаиваться – благодаря тому, что рыбы и растения живут в аквариумах не первый год – они адаптировались к повышенной жесткости. Это касается “нетребовательных” рыб и растений – если же Вы хотите завести требовательные к мягкой воде живые организмы, то Вам придется смягчать воду.

Большинство аквариумных рыб, содержащихся в аквариуме, нормально живут при 3-15° жесткости. Но и здесь мы встречаемся с отклонениями. Живородящие рыбки нуждаются в воде с жесткостью 10-15° dH, харациниды предпочитают 3-6° dH, цихлиды озера Малави – 14-20° dH. Некоторые бычки из рек Азии в мягкой воде очень быстро погибают.

Жесткость – важный параметр для аквариумиста, однако стоит особо отметить, что это свойство воды определяется только количеством некоторых растворенных в ней минеральных веществ. Есть и другие химические элементы, вносящие вклад в общее содержание минеральных веществ, но не влияющие на жесткость воды , и которые можно измерить с помощью специальных тестов.
Очень важно помнить об этом, так как некоторые методы смягчения воды не снижают содержания минеральных веществ, а просто превращают соли, делающие воду жесткой, в другие соли, не влияющие на жесткость.

Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.

Общая жесткость - это природное свойство воды, обусловленное наличием так называемых солей жесткости, т.е. всех солей кальция и магния в сырой воде (сульфатов, хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.).

Карбонатная жесткость - это жесткость, обусловленная присутствием гидрокарбонатов и карбонатов Са+ и Mg+, растворенных в сырой воде.

Устранимая, или гидрокарбонатная, жесткость - это жесткость, которую удается устранить при кипячении воды. Она обусловлена гидрокарбонатами Са+ и Mg+, которые во время кипячения воды превращаются в нерастворимые карбонаты, и выпадают в осадок:

Са(НС03)2 = СаС034- + Н2 0 + C 02 î .

Mg(HC03)2 = MgC034- + Н20 + С02Т.

Под постоянной жесткостью понимают жесткость кипяченой воды в течение 1 ч, которая обусловлена наличием хлоридов и сульфатов Са2+ и Mg2+, не выпадающих в осадок.

Сегодня общую жесткость воды выражают в единицах СИ - мг-экв/л. В прошлом пользовались градусами жесткости или "немецкими" градусами (°Н). Было принято, что 1 °Н жесткости отвечает 10 мг СаО в 1 л воды.

Вода с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л (10°) считается мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/л (10-20°) - умеренно жесткой, от 7 до 10 мг-экв/л (20-28°) - жесткой и свыше 10 мг-экв/л (28°) - очень жесткой.

Впервые норматив общей жесткости воды был предложен в 1874 г. в Германии в качестве средней величины жесткости воды водоемов Саксон-Веймарского герцогства. Этот норматив составлял 18-20°, или приблизительно 7 мг-экв/л. Такую же величину рекомендовал и Ф.Ф. Эрисман в 1898 г. Вскоре, принимая во внимание разные местные условия, для некоторых регионов были предложены другие нормативы.

Обосновывая норматив общей жесткости питьевой водопроводной воды, прежде всего необходимо учитывать ее влияние на органолептические свойства. Известно, что значительное содержание солей жесткости, особенно магния сульфата, придает воде горький вкус. Потребители ощущают этот вкус, если общая жесткость воды превышает 7 мг-экв/л. При этом они отказываются от употребления такой воды и изыскивают альтернативные источники водоснаб- жения, вода которых может оказаться небезопасной в эпидемиологическом или токсикологическом отношении.

Чтобы вода не имела горького вкуса интенсивностью выше 2 баллов, ее общая жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Иначе говоря, доброкачественная вода должна быть мягкой (с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л) или умеренно жесткой (от 3,5 до 7 мг-экв/л). То есть верхний предел общей жесткости питьевой воды - 7 мг-экв/л - установлен на основании ее влияния на орга-нолептические свойства.

Со временем было доказано, что в зависимости от жесткости вода по-разному влияет на здоровье людей. Резкий переход при пользовании от мягкой воды к жесткой, а иногда и наоборот, может вызвать у людей диспепсию, обусловленную прежде всего наличием в воде магния сульфата. В районах с жарким климатом пользование водой с высокой жесткостью приводит к ухудшению течения мочекаменной болезни. Теория об этиологической роли жесткости воды в развитии этого заболевания дала возможность урологам выделить так называемые каменные зоны - территории, на которых уролитиаз можно считать эндемическим заболеванием. Питьевая вода, которой пользуются жители этих зон, характеризуется повышенной жесткостью. Опыты на животных подтвердили, что электролиты, обусловливающие жесткость воды, могут быть одними из этиологических факторов развития уролитиаза.

Соли жесткости нарушают всасывание жиров вследствие их омыления и образования в кишечнике нерастворимых кальциево-магниевых мыл. При этом ограничивается поступление в организм человека эссенциальных веществ - полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, некоторых микроэлементов. В частности, вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л в регионах, эндемичных в отношении гипомикроэлементоза йода (организм человека нуждается как минимум в 120 мкг йода в сутки, оптимально -200 мкг), повышает риск заболевания эндемическим зобом.

Вода с высокой жесткостью способствует развитию дерматита. Механизм этого явления состоит в омылении солями жесткости жиров с образованием нерастворимых в воде кальциево-магниевых мыл, обладающих раздражающим действием.

К тому же надо учитывать, что с повышением жесткости воды усложняется кулинарная обработка пищевых продуктов, а именно: хуже развариваются мясо и бобовые, плохо заваривается чай, образуется накипь на стенках посуды. Кроме того, повышаются расходы мыла, волосы после мытья становятся жесткими, кожа грубеет, ткани желтеют, теряют мягкость, упругость из-за импрегнации кальциево-магниевых мыл.

Однако и очень мягкая вода может отрицательно влиять на организм вследствие уменьшения поступления прежде всего кальция. Известно, что кальций выполняет в организме множество функций, в том числе пластическую: он крайне необходим для остеогенеза и репарации костей (в костях содержится 99% кальция), принимает участие в образовании дентина. Кальций необходим для поддержания нервно-мышечного возбуждения, участвует в процессах свертывания крови, влияет на проницаемость биологических мембран. Суточная потребность взрослого человека в кальции колеблется от 800 до 1100 мг (от 1000 мг/сут в возрасте до 7 лет и почти 1400 мг - в возрасте 14-18 лет). Во время беременности потребность в нем повышается до 1500 мг/сут, во время грудного вскармливания - до 1800-2000 мг/сут.

Потребность человека в кальции удовлетворяется главным образом за счет молока и молочных продуктов. С водой средней жесткости (3,5-7 мг-экв/л, или 10-20°) кальций поступает в организм в количестве, равном приблизительно 15-25% физиологической суточной потребности. Дефицит кальция в организме развивается очень быстро, поскольку выведение его является постоянным и не зависит от поступления. Поэтому длительное пользование мягкой водой, обедненной кальцием, может привести к дефициту его в организме. Установлено, что у детей, которые проживают в районах с мягкой водой (до 3,5 мг-экв/л), на зубной эмали образуются лиловые пятна, которые являются следствием декальцинации дентина. Считают, что уровская болезнь (болезнь Кашина - Бека), которая является эндемическим полигипермикроэлементо-зом стронция, железа, марганца, цинка, фтора, возникает в местностях с низким содержанием кальция в питьевой воде.

В последние годы сформировалась теория, согласно которой вода с низким содержанием электролитов, обусловливающих жесткость, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. По результатам эпидемиологических исследований была выявлена статистически значимая, хотя и не очень сильная, обратная корреляционная связь между степенью жесткости питьевой воды и уровнем смертности населения от сердечно-сосудистых заболеваний. Однако многокомпонентность водного фактора не дает оснований считать, что смертность вследствие сердечно-сосудистых заболеваний повысилась лишь за счет меньшей жесткости питьевой воды, и окончательно признать наличие корреляционной зависимости. Существенно, что в исследованиях были недостаточно учтены социально-гигиенические факторы, которые, безусловно, являются ведущими в развитии сердечно-сосудистой патологии. Результаты ряда исследований также свидетельствуют о том, что каждый элемент, содержащийся в питьевой воде, проявляет физиологическое действие не сам по себе, а в сочетании с другими. Изучение особенностей сочетанного действия компонентов питьевой воды, физиологических и патофизиологических механизмов ее проявления - новая страница в изучении гигиены воды.

Таким образом, оптимальной является вода средней жесткости, т.е. в пределах 3,5-7 мг-экв/л (10-20°). Жесткая (7-10 мг-экв/л) и очень жесткая (свыше 10 мг-экв/л) вода неприятна на вкус, ее употребление приводит к негативным изменениям в состоянии здоровья. Поэтому доброкачественная питьевая вода должна иметь жесткость, не превышающую 7 мг-экв/л.

Хлориды и сульфаты. Хлориды и сульфаты распространены в природе в виде солей натрия, калия, кальция, магния и других металлов. Они составляют большую часть сухого остатка пресных вод. Наличие хлоридов и сульфатов в воде водоемов может быть обусловлено природными процессами вымывания их из почвы, а также загрязнением водоема различными сточными водами.

Природное содержание хлоридов и сульфатов в воде поверхностных водоемов незначительно и в большинстве случаев колеблется в пределах нескольких десятков миллиграммов на литр. Природное содержание хлоридов в воде в зависимости от условий формирования водоема может быть разным: от десятков до сотен (в условиях солончаковых почв) миллиграммов на литр. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико - до 20-30 мг/л. Незагрязненные грунтовые воды в местностях с не солончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлоридов. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву или осадочные породы, может содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов в 1 л, хотя вода может быть безукоризненной в эпидемиологическом отношении. Поэтому, используя хлориды как показатель эпидемиологической безопасности, необходимо учитывать местные условия формирования качества воды.

Это ее свойство, зависящее от наличия в ней, главным образом, растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью . Это один из важнейших параметров пресной воды, напрямую влияющий на жизнедеятельность и разведение рыб и растений. Пресные воды сильно отличаются по жесткости.

Общая жесткость воды образуется из двух составляющих: , обусловленной концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН 8,3) кальция и магния, и некарбонатной (постоянной) , обусловленной концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые - не выпадают. По этому признаку их начали разделять. Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости , а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости .

Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-). При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:

Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2

Таким образом, временную жесткость можно уменьшить или полностью устранить путем длительного кипячения, поэтому она и «временная». Соли жесткости, выпадающие в осадок, это соединения щелочноземельных металлов и слабых кислот.

Жесткость, сохраняющаяся в воде после кипячения, называется постоянной . Ее образуют сульфаты, хлориды, нитраты, силикаты и фосфаты, и ее значение нельзя уменьшить, прокипятив воду. Соли, которые не создают накипи, но влияют на , являются соединениями щелочноземельных металлов с сильными кислотами, такими как серная, соляная, азотная, плавиковая и другие.

С изменением или устранением временной жесткости снижается и общая жесткость воды. Поэтому показатель жесткости столь же непостоянен, как и другие показатели воды.

Таким образом, общая жесткость воды складывается из постоянной и временной. Для аквариумиста имеет значение временная (карбонатная) жесткость кН и общая gH жесткость , являющаяся суммой временной и постоянной жесткости.

Жесткость - это свойство воды, обусловленное количеством растворенных в ней катионов металлов. Она напрямую влияет на все , происходящие в биотопе. Общая жесткость состоит из временной и постоянной . Временная жесткость обусловлена концентрацией гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная - концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот.

(англ. Hardness of water, water hardness, hard of water, stiffness of water; нем. Härte f, Härte f des Wassers, Wasserhärte f) — совокупность свойств, обусловленных содержанием в воде катионов кальция и магния.

Общее описание

Определяют по количеству солей кальция и магния в ней. Если вода содержит значительные количества таких солей, то такую ​​воду называют жесткой, а когда этих солей совсем нет, либо они содержатся в незначительных количествах, то — мягкой.

Различают временную, или карбонатную, жесткость воды и постоянную. Временная жесткость обусловливается наличием кислых карбонатов (гидрокарбонатов) кальция и магния: Ca (HCO 3) 2 и Mg (HCO 3) 2, а стала — наличием сульфатов и хлоридов кальция и магния: CaSO 4, MgSO 4, CaCl 2 и MgCl 2. Общая жесткость воды представляет собой сумму временной и постоянной жесткости.

Жесткая вода непригодна почти для всех отраслей производства. Так, например, жесткую воду нельзя использовать для стирки белья, мытья шерсти и окраски тканей, потому что в ней мыло теряет свою моющую способность. Это объясняется тем, что растворимый в воде стеарат натрия С 17 Н 35 COONa, который составляет главную составляющую часть мыла, переходит в нерастворимый стеарат кальция (или магния), образуя так называемое кальциевая (или магниевое) мыло:

• 2С 17 Н 35 COONa + CaSO 4 = Са (С 17 Н 35 СОО) 2 ↓ + Na 2 SO 4

При этом мыльная пена образуется только после полного осаждения ионов кальция и магния, на что непродуктивно расходуется много мыла. Кроме того, создаваемый осадок кальциевого и магниевого мыла прочно оседает на волокнах тканей и забрудюе их, а при окраске образует пятна.

Жесткая вода непригодна и для целого ряда других производств: бумажного, кожевенного, крахмального, спиртового и тому подобное. Она непригодна и для паросилового хозяйства, так как при кипячении воды образуется накипь, которая плохо проводит тепло, вследствие чего увеличивается расход топлива. Накипь вызывает интенсивное разрушение стенок котлов, что может привести к аварии.

Для приготовления пищи жесткую воду тоже не употребляют, потому что в ней плохо развариваются мясо и овощи. Для питья она тоже непригодна.

Методы определения жесткости воды

Жесткость воды чаще всего определяют титрованием раствором двунатриевая соли етилендиаминтетраацетатнаи кислоты (комплексоны ИИИ, трилон Б) в щелочной среде в присутствии индикатора хромоген черный специальный или эриохром черный. Пользуясь другим специальным индикатором — мурексид, определяют кальциевую Т.В.; магниевую Т.В. рассчитывают по разнице между результатами двух определений. Если содержание кальция и магния в воде было определено другими способами, общую Т.В. можно вычислить по формуле: Т = Са 2+ + Мg 2+, где Т — общая Т.В., ммоль / дм3; Са 2+ и Мg 2+ — концентрация кальция и магния, ммоль / дм3.

Классификация воды по твердости

Вода с Т. менее 4 ммоль / дм3 характеризуется как мягкая, от 4 до 8 ммоль / дм3 — средней жесткости, от 8 до 12 ммоль / дм 3 — твердая, более 12 ммоль / дм3 — очень жесткая.

По А. А. Алекиним:

• очень мягкая — до 1,5 ммоль / дм;
• мягкая — 1,5-3,0 ммоль / дм;
• умеренно жесткая — 3,0-6,0 ммоль / дм3;
• твердая — 6,0-9,0 ммоль / дм3;
• очень твердая — более 9,0 ммоль / дм3.

Единицы измерения

Для численного выражения жесткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендуемая единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль / м³), но, на практике, для измерения твердости чаще используется миллимоль на литр (ммоль / л), ммоль / дм³.

В разных странах используются различные внесистемные единицы — градусы жесткости.

Способы устранения жесткости воды

Для устранения жесткости воды, то есть ее смягчения, из воды нужно удалить ионы Са 2+ и Mg 2+ в виде нерастворимых солей.

• Временную жесткость воды устраняют кипячением:
  • Ca (HCO 3) 2 = СаСО3 ↓ + Н 2 О + СО 2
  • Mg (HCO 3) 2 = MgCO 3 ↓ + Н 2 О + СО 2

При нагревании ионы Са 2+ и Mg 2+ выводятся из раствора в виде нерастворимых карбонатов. Именно легкость устранения временной жесткости воды при нагревании приводит название — «временная».

• Постоянную жесткость воды, обусловленную сульфатами и хлоридами кальция и магния, невозможно устранить кипячением, поскольку эти соли не разлагаются. Название «постоянная жесткость» происходит именно от того, что ее нельзя устранить простым нагревом воды. Ее устраняют введением в воду некоторых реагентов — натрий карбоната (кальцинированная сода), кальций гидроксида (известковая вода), натрий ортофосфата. Одновременно устраняется как временная, так и постоянная, то есть общая жесткость воды. К примеру:
  • Ca (HCO 3) 2 + Са (ОН) 2 = 2СаСО 3 ↓ + 2Н 2 О
  • MgSO 4 + Na 2 СО 3 = MgCO 3 ↓ + Na 2 SO 4
  • Ca (HCO 3) 2 + Na 2 СО 3 = СаСО3 ↓ + 2NaHCO 3
  • 3CaSO 4 + 2Na 3 РО 4 = Са 3 (РО 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4

• Современный способ смягчения воды основан на использовании ионообменных смол — катионитов. Катиониты — это твердые вещества, нерастворимые в воде, в состав которых входят подвижные катионы Na + в виде солей органических кислот, зафиксированных на поверхности носителя. Упрощенно их обозначают так: Na 2 R. Катионы Na + могут обмениваться на катионы окружающей среды, например Са 2+ и Mg 2+. При пропускании жесткой воды через колонку с катионитом ионы Са 2+ и Mg 2+ задерживаются в нем, а катионы Na + из катионита переходят в воду:
  • Na 2 R + Са 2+ = CaR + 2Na +

Катионит периодически регенерируют, промывая его концентрированным раствором натрия хлорида.

Твердость природной воды

• Твердость природной воды колеблется в широких пределах; она неодинакова в разных природных водах, в одном и том же водном объекте величина ее изменяется по временам года. В поверхностных водах Т. достигает наибольших величин в конце зимы, маленьких — в период половодья. В поверхностных водах обычно преобладает карбонатная Т. (70-80% общей). Магниевая Т.В. редко превышает 30% общей, однако в некоторых районах (Донбасс, Кривой Рог) достигает 60% общей. Т. подземных вод, особенно в артезианских колодцах, меньше изменяется в течение года.
• Твердость речных вод Украины, как и минерализация воды возрастает с северо-запада на юго-восток. В речных водах Полесья твердость составляет 2-3 ммоль / дм³, в Днепре — 4-5 ммоль / дм³, а в малых и средних реках Приазовья — 15-30 ммоль / дм³, что ограничивает возможности использования местных водных ресурсов.
• Твердость морской воды: Черное море — кальциевая 12,0 ммоль / дм 3, магниевая 53,5 ммоль / дм 3, общая 65,5 ммоль / дм3; Каспийское море — кальциевая 36,4 ммоль / дм 3, магниевая 30 ммоль / дм 3, общая 66,4 ммоль / дм3; океан — кальциевая 22,5 ммоль / дм 3, магниевая 108 ммоль / дм 3, общая 130,5 ммоль / дм3.

Твердость питьевой воды

В Украине согласно Государственных санитарных норм и правил «Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для потребления человеком» (ГСанПиН 2.2.4-171-10), утвержденных Минздравом Украины 12.05. 2010, которые в целом регулируют качество питьевой воды — приняты следующие нормативы показателей твердости (жесткости) питьевой воды:

• вода водопроводная — до 6,5 ммоль / дм³ (в отдельных случаях с разрешения санитарных служб — до 10 ммоль / дм³)
• вода колодцев и каптажей источников — до 10 ммоль / дм;
• вода фасованная из пунктов разлива и с питьевых бюветов — 7 ммоль / дм³.

Видео по теме

Вода с большим содержанием таких солей называется жёсткой , с малым содержанием - мягкой . Различают временную жёсткость , образованную гидрокарбонатами и постоянную жёсткость , вызванную присутствием других солей. Временная жёсткость может быть устранена кипячением.

Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла . Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В тоже время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно -щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая - незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Единицы измерения

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации - моль на кубический метр (моль/м 3), однако, на практике для измерения жёсткости чаще используется миллимоль на литр (ммоль/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы , а не объёма , особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар , что приводит к существенным изменениям плотности .

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы - градусы жёсткости.

Методы устранения

Реагентное умягчение . Метод основан на добавлении в воду соды или гашеной извести . При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Катионирование . Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдавая ионы