Жесткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»). Вода – сложное природное вещество, в состав которого входит целый набор микроэлементов. В том или ином виде вода содержится во всех живых организмах. Что подразумевается под понятием жесткость, и что определяет данный показатель?

Жесткость – это свойство воды, которое определяет ее потребительские качества и имеет важное хозяйственное значение. В процессе кипячения жесткая жидкость образует накипь на стенках и внутренних деталях нагревательных приборов, что вызывает ухудшение теплотехнических характеристик бытовой техники. Не особенно подходит она и для стирки, поскольку способствует снижению очищающих характеристик моющих средств и увеличивает их расход.

Откуда берется высокая жесткость? Ее определяет наличие солей магния и кальция – химических компонентов, выполняющих роль активных регуляторов различных химических процессов в окружающей среде. Естественно, что жидкость, которая берется из разных водоемов, может иметь ту или иную степень жесткости. При этом река, озеро и любой другой источник пополняются из подземных источников, протекающих в известняковых пластах. Проходя через них, вода обогащается солями жесткости, а значит, будет жесткой. Для сравнения – данный показатель у поверхностных вод всегда заметно ниже, чем у подземных. Жесткость воды в природных источниках постоянно изменяется. Максимальных отметок она достигает зимой, а минимальных – весной, во время таяния снегов.

Таким образом, жесткой является та вода, которая содержит соли магния и кальция в больших количествах. Кстати, магниевые соли растворяются хуже кальциевых, и жидкость с их высоким содержанием имеет выраженный горький вкус.

Выделяются следующие виды жесткости:

1. Общая – определяется как суммарная концентрация ионов магния и кальция.
2. Карбонатная – зависит от наличия в воде карбонатов, гидрокарбонатов кальция и магния. Практически полностью устраняется в ходе кипячения, поэтому второе название карбонатной жесткости – временная. В процессе нагрева гидрокарбонаты распадаются – образуется угольная кислота, а карбонаты кальция, гидроксиды магния выпадают в виде осадка.
3. Некарбонатная – обусловлена присутствием магниевых и кальциевых кислотных солей. При кипячении не устраняется (то есть является постоянной).

Общая жесткость измеряется в GH. GH показывает суммарное содержание щелочноземельных металлов в виде ионов. Для примера – в воде, значение GH которой близкое к нулю, аквариумные рыбки не живут, употреблять ее в пищевых целях также не рекомендуется.

В каких единицах измеряется жесткость

В мире для измерения показателей жесткости используются разные значения. В России Госстандарт установил следующий показатель – моль на кубический метр. Числовое значение жесткости, которое выражается в молях на кубический метр, равняется числовому значению жесткости в миллиграмм-эквивалентах на литр. На западе используют немецкий (d°, dH), французский (f°), американский (ppm CaCO3) градусы.

Как повысить и понизить жесткость воды в аквариуме. Определение временной, или карбонатной жесткости

Чтобы создать комфортные условия для жизни аквариумных рыбок, важно использовать воду оптимальной жесткости, с заданным кислотно-щелочным балансом. Чтобы повысить жесткость воды, используют известняк и мрамор. Чем мягче вода, тем быстрее она повысит жесткость. Другой способ – химический, с применением хлористого кальция и магнезии. Максимальный эффект достигается при использовании обоих препаратов одновременно.

Чтобы уменьшить жесткость, воду нужно прокипятить. Как долго это следует делать? Учтите, что для снижения жесткости вдвое, кипятить воду нужно минимум в течение получаса. Другой способ – вымораживание. Воду наливают в пластиковый контейнер и помещают в морозилку. Затем лед растапливают, а полученную воду используются в пищевых или любых других целях.

Если объемы воды большие, проще будет использовать специальное оборудование. Широкое распространение в быту в последние годы получили установки обратного осмоса. Для расчета необходимого объема водопроводной воды используйте формулу – вычитание объема воды, получаемой из водопровода, из объема с заданной жесткостью, который нужно получить.

Часто методы умягчения используют комбинированно. Например, одну часть солей жесткости убирают реагентным способом, а другую с помощью катионного обмена. Приведем формулы содово-известкового способа умягчения:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О

В итоге Mg(OH)2 коагулирует, выпадая в осадок. Затем, в целях устранения некарбонатной жесткости, вводится Na2CO3. Последующие химические реакции:

Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4 и Na2CO3 + СаС12 = СаСО3 + 2NaCl.

В итоге образуется углекислый кальций, выпадающий затем в осадок. Реагенты вводят в разные зоны:

• хлор – во всасывающие трубопроводы;
• коагулянт – в трубопровод перед смесителем либо непосредственно в смеситель;
• известь – вместе с коагулянтом;
• уголь активированный – перед фильтрами;
• хлор и аммиак – в фильтрованную воду.

Опреснение, обессоливание, удаление растворенных газов, железа, стабилизация – это специальные способы очистки. Так если для снижения жесткости используются методы катионирования или ионного обмена, речь идет об обессоливании. Вода, которая получается на выходе, не содержит ни анионов, ни катионов солей.

Как измерить жесткость

Для оценки показателей жесткости воды используются следующие способы:

1. Комплексонометрическое титрование трилоном Б. Метод сложный и самый точный.
2. Покупные тесты. Не на 100% точные, зато простые и недорогие.
3. Измерение электропроводности. Используйте кондуктометр.
4. С помощью ионометра и ионоселективных электродов.
5. С применением методики титрования соляной кислотой проб воды. Сложный и не очень точный метод. То же самое можно сказать о тестах с применение хозяйственного мыла.

Под титрованием подразумевается добавление в воду реагента требуемой концентрации. Концентрация солей жесткости определяется в зависимости от реакции реагента с водой. Приготовить реактив просто – достаточно смешать кислоту с дистиллированной водой в заданных пропорциях. Готовый раствор опасности не представляет.

Проще всего использовать готовые тексты. Для этого 5 мл воды наливается в стаканчик, затем в жидкость по каплям добавляется содержимое теста, после каждой капли вода перемешивается. Делать так нужно до тех пор, пока цвет не станет зеленым вместо розового.

Влияние жесткости воды, нормативные требования и рекомендации

Какую воду можно употреблять для приготовления пищи и питья? Требования относительно жесткости жидкости зависят от условий конкретной местности. Учтите, что слишком жесткая вода имеет горький вкус и негативно влияет на работу органов пищеварения. ВОЗ конкретные цифры не называет, хотя исследований на тему связи качества воды с заболеваниями сердца, сосудов и других органов организма проводились неоднократно. Слишком мягкая вода – это тоже плохо, поскольку она нарушает водно-солевой баланс. Жидкость с жесткостью от 4 мг-экв/ чревата – главная причина образования накипи на внутренних деталях отопительных систем. Вредна она и для кожи, волос.

Вместо заключения

Жесткость – важный параметр воды, который зависит от количества и типа растворенных в ней минеральных веществ. Смягчение следует делать только после предварительного анализа. Почему? Потому что не все меды смягчения снижают содержание минеральных веществ – они могут просто превращать соли жесткости в соли, которые никак не влияют на рассматриваемый показатель.

Жёсткость – одна из важнейших характеристик воды. Это свойство воде придают соли магния и кальция (Mg и Ca), которые называют солями жёсткости. Чем меньше их концентрация, тем мягче вода.

Единицы измерения. Единой единицы измерения жёсткости воды в мире не существует. Этот показатель измеряют в градусах, наиболее часто используют немецкие, французские и американские единицы.

В соответствии с ГОСТом 31865-2012 за единицу измерения жёсткости в России принят градус (ºЖ), величина которого равна 1 мг-экв/л (в числовом выражении это соответствует концентрации Ca или Mg, эквивалентной 1/2 миллимоля на литр).

Для определения соотношения градусов разных стран используют условную единицу ppm (part per million, или пропромилле), то есть миллионную долю базовой массы: 1 ppm = 0,0001 % (1 мг на килограмм).

Показания бытовых приборов обычно выражены в единицах страны-производителя. Чтобы сравнить их с указанными в нормативных документах, полученные значения переводят в принятые в стране единицы измерения.

Значения градусов жёсткости, приведенных к ppm:

• 1 dH (немецкий градус) = 17,8 ppm;
• 1 f (французский градус) = 10 ppm;
• 1 (английский градус, Clark) = 14,3 ppm;
• 1 A (американский градус) = 1 ppm;
• 1 мг-экв/л (1ºЖ) = 50,05 ppm.

Калькулятор перерасчета единиц жесткости воды

°Ж (Россия) °DH (Германия) °Clark (Великобритания) °F (Франция) ppm (США)

Виды жёсткости воды

Выделяют три вида жёсткости:

• временная (карбонатная), обусловленная содержанием гидрокарбонатов кальция и магния – солей слабой угольной кислоты. При кипячении соли распадаются, в результате образуется нерастворимый осадок из карбоната кальция (СаСО3) и гидроокиси магния (Мg(OH)2;
• постоянная (некарбонатная), от которой невозможно избавиться кипячением. В воде находят соли двухвалентных металлов (кальция, магния, бария и стронция), образованных сильными кислотами: соляной (HCl), серной (H2 SO4), азотной (HNO3). Соли бария и стронция для расчета степени жёсткости воды не учитывают, поскольку их количества незначительны;
• общая – определяется как суммарная концентрация ионов кальция и магния в воде.

В России воду классифицируют в зависимости от величины показателя общей жёсткости:

• до 2°Ж – мягкая;
• от 2 до 10°Ж – средней жёсткости;
• более 10°Ж – жёсткая.

Как и почему меняется жесткость воды

Почему нужно уметь измерять жёсткость воды

Слишком жёсткая или слишком мягкая вода может нанести непоправимый вред как бытовым приборам, так и здоровью людей. Мягкая вода вымывает из организма кальций, из-за чего разрушаются кости и зубы. В такой воде активно коррозируют металлические поверхности. Чтобы этого избежать, используют ингибитор коррозии.

Вред жёсткой воды:

• создает слишком большую солевую нагрузку для мочеполовой системы. Возможно появление мочекаменной болезни, ухудшение состояния волос и кожи;
  неблагоприятно действует на теплотехнические и сантехнические системы, приносит немалый вред бытовой технике;
• приходится тратить больше тепла на нагрев воды: слой накипи (осадок из солей жесткости), появившийся на ТЭНах, обладает низкой теплопроводностью. Из-за недостаточного отвода тепла нагревательные элементы часто сгорают;
• увеличивается расход моющих средств из-за того, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), входящие в состав, дают с солями кальция и магния нерастворимые соединения и не образуют достаточного для удаления загрязнений количества пены;
• стенки трубопроводов быстро зарастают известковыми отложениями, поэтому в водопроводной системе снижается напор, трубы приходится менять.

Следите за показателями жёсткости воды, поступающей из водопровода или местного источника. Если пользоваться доступными средствами смягчения воды, водопроводная система, нагреватели, стиральная и посудомоечная машины прослужат намного дольше.

Прежде чем покупать дорогие устройства и реагенты, выясните, какие соли и в каком количестве присутствуют в водопроводной воде. Показатель общей жёсткости меняется в зависимости от количества осадков, таяния снега и других явлений, влияющих на концентрацию солей. Чтобы правильно выбрать умягчители, сначала сделайте анализ на определение жёсткости воды.

Для бытовых целей: умывания, стирки и уборки, – достаточно выяснить показатель жесткости воды один раз и в случае необходимости использовать подходящие средства. Для приготовления пищи, если водопроводная слишком вода жёсткая, целесообразно использовать бутилированную воду хорошего качества, которую периодически проверять портативным и несложным в обращении прибором для определения общей и карбонатной жёсткости.

Определение жесткости воды приборами и «на глаз»

Предположить, что вода содержит большое количество солей щелочноземельных металлов, можно по следующим признакам:

• плохо пенится мыло и стиральный порошок;
• на поверхности нагревательных приборов образуется известковый налет;
• вода имеет горьковатый вкус и дольше обычного заваривается чай;
• при кипячении на поверхности воды образуется характерная пленка;
• плохо развариваются мясные продукты.

1. Полоски жесткости воды. Продаются в аптечных магазинах «Медтехника», показывают результат измерения с точностью 1-2°Ж.

Инструкция: опустить полоску жесткости в стакан с водой, подождать, пока индикатор, которым она пропитана, изменит цвет, затем сравнить с эталонной шкалой.

2. Экспресс-тесты для аквариумов. Этот способ основан на методе титрования.

Пример аквариумного теста жесткости

Инструкция: в пробирку налить 5 мл воды и по каплям добавить реагент, содержащий индикатор. Число капель реагента, необходимых для того, чтобы раствор из жёлтого стал синим, равно количеству градусов жёсткости, каких именно – указано в инструкции к тесту.

3. Специальные приборы. Самый простой и точный метод определения жёсткости воды – титрование. Основан на реакции индикаторов, их способности менять цвет при достижении той или иной концентрации в строго определенном количестве воды, содержащей соли. В лабораториях результаты титрования обрабатывают с помощью фотоколориметра.

Существуют приборы, принцип действия которых заключается в измерении электропроводности воды. Уровень проводимости прямо пропорционально зависит от концентрации солей кальция и магния, растворённых в воде. В продаже есть приборы типа TDS-метр (total dissolved solids, или «солемер») и EC-метр (кондуктометр).

Пример TDS-метра

TDS-метр выдаёт результат в ppm. Устройство показывает общее содержание солей и удельную электропроводность воды. EC-метр дополнительно показывает и удельное сопротивление раствора в мкСм/см (микро Сименс). Результат TDS = k * EC, где коэффициент k в пределах 0,55–0,80 (среднее значение 0,67).

TDS и EC-метр в одном приборе. Дороже, но удобнее

С помощью таких приборов удобно следить и поддерживать требуемое качество воды в аквариумах или для полива растений, чувствительных к повышенной жёсткости.

Очень часто, решив заняться аквариумистикой, любители тщательно выбирают емкость для домашнего водоема, продумывают, где ее разместить, какими рыбками и растениями наполнить. Однако напрочь забывают об основном и самом важном компоненте всей этой системы – воде. Как правило, аквариумы наполняются наиболее легкодоступной водой, чаще всего водопроводной. О ее параметрах мало кто задумывается. А если и задумывается, то лишь о том, подойдет ли она рыбкам. Однако растения не менее требовательны к воде, хотя и медленнее реагируют на ее качество.

В данной статье мы затронем один из важных параметров – жесткость. Ведь от нее не в последнюю очередь зависит, станет аквариум таким, как он задуман, или нет.

Что такое жесткость воды в аквариуме?

Ее считают вторым по важности параметром воды после кислотности. От нее зависит возможность содержания и разведения рыб и растений. Она оказывает влияние на остальные свойства воды.

Определяется этот параметр наличием некоторых минералов, которые растворены в воде. Общая жесткость складывается из двух частей:

Постоянной (GH) . Она первостепенна, так как определяет мягкость или жесткость воды и степень ее пригодности для обитателей аквариума. GH определяет концентрация ионов Ca++ и Mg++ в воде. Кипячение приводит к разрушению гидрокарбонатов и выпадению в осадок кальция и магния.

Жесткость, которая сохраняется после кипячения, и называется постоянной. Ее измеряют в градусах жесткости. И все тесты выпускаются именно в них.

Переменная или карбонатная (KH) . Ее определяет концентрация карбонатов CO3- и бикарбонатов HCO3- в воде.

Жесткость воды в аквариуме норма

Значение жесткости воды в жизни обитателей домашнего водоема велико:

• соли магния и кальция участвуют в построении скелета и костной системы рыб;

• у моллюсков и ракообразных они обеспечивают твёрдость раковины или панциря;

• жесткость способствует нормальной жизнедеятельности и развитию половых органов;

• она влияет на успешность роста и развития растений и т. д.

Жесткость может быть разной степени интенсивности: 0-4 – очень мягкая, 5-8 – мягкая, 9-16 – средней жесткости, 17-32 – жесткая, 33 и более – очень жесткая. Водопроводная вода, как правило, имеет жесткость не более 20.

Жесткость воды в аквариуме должна быть в определенных пределах, обычно этот диапазон составляет 3-15 градусов.

Лучше, если для каждого конкретного вида показатели будут приближенными к природным условиям родных водоемов.

Например,

• требуется жесткая вода, так как в мягкой воде у них разрушаются раковины;
• будут себя хорошо чувствовать при 10,
• неоновые при 6,
• и папоротник при 10-14 градусах и т. д. Эту информацию можно узнать из рекомендаций по уходу за тем или иным видом.

Также нужно учитывать, что жители аквариума усваивают кальций, поэтому его количество в воде будет постепенно снижаться. Поддерживать жесткость на одном и том же уровне легче, если грунтом является галька или крупный песок. И, разумеется, потребуются регулярные измерения.

Как определить жесткость воды в аквариуме?

Основные способы такие:

Химический реагент Трилон «Б»

Это очень точный метод, но его недостаток в чрезмерной сложности для людей, не очень интересующихся химией, да и дополнительным химическим оборудованием дома не каждый захочет обзаводиться.

TDS-метр

Он же кондуктометр, он же солемер. Метод очень простой. Однако этот электронный прибор измеряет не саму жесткость, а электропроводность воды, по которой лишь косвенно можно судить о жесткости.

Тест-полоски

Они были специально разработаны для измерения жесткости воды в аквариумах. Просты и удобны в использовании. Есть вариант, где в указанный объем воды добавляют реактив и по изменившейся окраске судят о жесткости. Все расчеты производятся по инструкции, входящей в комплект. Недостаток у этого способа один – такие наборы сложновато купить, так как они нечасто бывают в продаже.

Хозяйственное мыло

Это самый доступный, дешевый и точный в домашних условиях метод. В его основе лежит свойство мыла: оно трудно растворяется в жесткой воде и дает пену при избытке солей кальция и магния.

Как проводятся исследования:

1. Хозяйственное мыло (1 грамм) измельчить и осторожно всыпать в малое количество подогретой дистиллированной воды (продается в автомагазинах).

2. Полученный раствор вылить в стакан и добавить дистиллят так, чтобы высота его достигла 6 см для 60-процентного и 7 см для 72-процентного мыла. В каждом сантиметре такого раствора содержится столько мыла, сколько требуется, чтобы связать соли, количество которых равно 1°dH в 1 л воды.

3. Банку емкостью 1 л наполовину заполнить водой из аквариума.

4. По чуть-чуть вливать в нее подготовленный раствор, постоянно помешивая. Сначала появятся хлопья на поверхности, а затем устойчивая мыльная пена, которая свидетельствует о том, что все соли в воде связаны.

Оценка результата. Сосчитать, сколько сантиметров раствора было вылито в воду. 1 см связал в 0, 5 л воды 2°dH солей. То есть, если вылито 4 см, то жесткость 8 градусов и т. д. Если вылит весь раствор, но пены нет, то жесткость выше 12 градусов. Тогда воду для исследования разбавить дистиллятом в два раза, анализ повторить, умножая полученные результаты на два.

Результаты могут иметь погрешность в 1-2 градуса, но это не критично и не приведет к болезням или гибели обитателей аквариума.

Если жесткость воды, имеющейся в распоряжении аквариумиста, не соответствует той, которая нужна ему для содержания аквариумных обитателей, то ее можно изменить. Но делать это нужно плавно, чтобы не вызвать у питомцев стресс или иные проблемы.

Как повысить жесткость воды в аквариуме?

1. Смешать аквариумную воду с более жесткой.

2. Кипятить воду примерно час. Лучше взять эмалированную посуду. Далее остудить ее и осторожно слить две верхние части объема. Нижнюю треть, богатую солями кальция, порциями влить в аквариум, контролируя жесткость измерениями.

3. Поместить в аквариум кусочки ракушек, мрамора или известняковых пород для повышения общей жесткости на 2-4 градуса. Недостатком способа является невозможность контролировать уровень жесткости. Более предпочтительно фильтровать воду в аквариуме через слой раскрошенного мрамора, уменьшая или увеличивая количество воды, проходящей через фильтр.

4. Добавить пищевую соду в количестве 1 ч. л. на 50 л воды для увеличения переменной жесткости (KH) на 4 градуса.

5. Добавить карбонат кальция из расчета 2 ч. л. на 50 л воды для повышения постоянной (GH) и переменной (KH) жесткости на 4 градуса.

6. Добавить в воду десятипроцентный раствор хлористого Ca (можно приобрести в аптеке) и сульфата магния (приготовить самостоятельно: 50 г горькой соли растворить, получив 750 мл раствора) в одинаковых пропорциях (на 1 литр по 1 мл каждого). Жесткость увеличится примерно на 4 градуса.

7. Влить магнезию в 25% растворе (1 мл на 1 литр воды). Это поднимет жесткость на 4 градуса.

Как понизить жесткость воды в аквариуме?

Это сделать гораздо сложнее. Способы следующие:

1. Добавить дистиллированную, талую или чистую дождевую воду.

2. Прокипятить воду, остудить ее, не перемешивая, и слить с поверхности 2\3. Эту верхнюю воду добавить в аквариум.

3. Произвести вымораживание. Воду налить в низкую посуду, например, в таз. Поставить в холод. После замерзания половины лед пробить, незамерзшую воду вылить, лед растопить. Полученную воду добавить в аквариум.

4. Прогнать воду через специальные фильтры (осмотический и деионизация).

5. Отфильтровать воду через торф, добавленный во внешний или внутренний фильтр или помещенный в мешочке в емкость с отстаиваемой водой. Предварительно торф для грунта требуется прокипятить. В некоторых нерестовиках торф используют в качестве грунта.

Желтый оттенок воды, который он дает, можно убрать при помощи фильтрации через активированный уголь.

6. Можно добавить отвар ольховых шишек. Но жесткость от нее снижается незначительно и может измениться состав воды, что не во всех случаях хорошо.

7. Использовать Трилон-Б и ЭДТА согласно инструкции.

8. Посадить элодею, эгропилу и роголистник.

Теперь вы знаете, что такое жёсткость воды в аквариуме, как она важна для его обитателей, имеете представление, как ее измерять и изменять. Мы надеемся, что эта информация поможет вам в создании аквариума вашей мечты. Удачи!