Калькулятор жесткости воды. Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения

Это вода, в которой в большом количестве находятся растворенные соли, щелочноземельных металлов. В основном на жесткость воды влияют кальций и магний, соединения которых и являются основными солями жесткости.

Жесткость определяет не только возможность , но и ее применение в бытовых или промышленных нуждах.

По вкусу жесткую воду отличить очень легко – он крайне горькая. Иногда встречающийся горький вкус родниковой воды обусловлен именно наличием солей жесткости.

По внешнему виду можно узнать после кипячения. В этом случае соли выпадают в осадок, которой легко виден на дне любого сосуда.

Классификация воды по жетскости

В России жесткость воды измеряют в градусах жесткости, но она так же может быть выражена в объемной доле или массовым числом.

Официально принятая единица измерения, которая используется в системе СИ (международная система единиц ) – моль на кубический метр. Но на практике не используют перечисленные единицы измерения, предпочитая миллиэквивалент на литр (мг-экв./л).

По уровню жесткости воду делят на четыре типа:

1. Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);
2. Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);
3. Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);
4. Очень жесткая вода (6 и более миллиэквивалентов на литр).

Эта классификация называется американской и при оценке жесткости воды используется чаще всего.

Подобная классификация есть и в градусах жесткости , но представляет она только 3 типа воды:

1. Мягкая вода (менее 2 градусов жесткости);
2. Вода средней жесткости (от 2 до 10 градусов жесткости);
3. Крайне жесткая вода (от 10 градусов жесткости и больше).

Нормы жесткости воды

Нормы жесткости воды в России и мире сильно отличаются друг от друга. В России разрешена вода, жесткость которой не превышает порог в 7 миллиэквивалентов на литр , то есть, не запрещается подавать населению очень жесткую воду .

Те же показатели в Европе не могут быть больше 1,2 миллиэквивалентов на литр. Это значит, что европейцы пьют мягкую воду, жесткость которой почти в шесть раз меньше установленной в России.

Типы жесткости воды по восприимчивости к термообработке.

Первый тип – временная жесткость , когда помимо кальция и магния, в воде обнаруживаются гидрокарбонатные анионы . Ее так же называют карбонатной. Она легко удаляется при кипячении воды и никак не влияет на организм человека.

Второй тип – постоянная жесткость , еще называемая некарбонатной жесткостью. Она обусловлена наличием соединений кальция и магния, образованных в результате взаимодействия с сильными кислотами, например, серной или азотной. Такая жесткость не удаляется при кипячении воды, потому что не соли подобного типа не распадаются под воздействием температуры.

Общая жесткость воды вычисляется путем суммирования показателей карбонатной и некарбонатной жесткости.

Самые высокие показатели жесткости из-за обилия растворенных солей определяют в морской и океанической воде. Жесткость поверхностных вод обычно в несколько раз меньше грунтовых вод и влаги из подземных источников.

Вред, наносимый жесткой водой

Рассмотрем негативное воздействие чрезмерно жесткой воды на организм человека, бытовую технику и коммуникации. Чем выше параметр жесткости, тем сильнее будет значение каждого вида вредного воздействия.

Вред для здоровья человека и домашних питомцев

1. Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.
2. При умывании жесткая вода сушит кожу . Это происходит из-за появления «мыльных шлаков» образованных из мыла, которое не способно мылиться и растворяться в жесткой воде. Эти мыльные шлаки закупоривают поры, не давая им свободно дышать, вследствие чего могут развиваться кожные воспаления, не давать покоя зуд и жжение кожи.
3. Образование тонкой корке на волосах разрушает естественную жировую пленку. Происходит это так же, как и на коже рук – «мыльные шлаки» не вымываются и постепенной накапливаются. Это может вызвать зуд кожи головы , перхоть и даже выпадение волос.
4. Влияние сильно жесткой воды на здоровье животных не отличается от воздействия на человеческий организм. Существует высокий риск развития мочекаменной болезни. У питомцев, питающихся сухими кормами, этот риск возрастает в несколько раз. Возможно появление проблем с шерстью и кожей, как у собак, так и у кошек при их регулярном купании.
5. Замедляется процесс приготовления пищи , из-за многочисленных солей плохо разваривается мясо. Это приводит к плохому усвоению белка и может вызвать заболевания желудочно-кишечного тракта.

Вред, наносимый жесткой водой технике и предметам быта

1. Мыльные средства из-за наличия большого количества солей в воде крайне плохо пенятся и отмывают загрязнения . Поэтому количество порошков, средств, предназначенных для мытья посуды и прочих предметов бытовой химии, придется резко увеличить.
2. Кроме плохого вспенивания мыльных средств, из-за контакта жесткой воды с ними образуются разводы и твердый налет на сантехнике и поверхности посуды, так как выпадает солевой осадок. Такой налет тяжело отмывается с посуды, а так же негативно влияет на сантехнику, постепенно разрушая ее поверхности.
3. В процессе нагревания воды в электроприборах соли не просто выпадают в осадок, а кристаллизуются и выпадают в виде накипи . Именно накипь является основной причиной быстрой поломки водонагревательных приборов.
4. Жесткая вода оставляет пятна, разводы и грязные налеты на свежевыстиранных вещах, цвет тускнеет, принты и рисунки становятся серыми. От них избавиться очень сложно и это, опять же, требует повышенных затрат моющих средств. Ткань, постиранная в жесткой воде, становится грубой и неэластичной, потому что соли забивают в ней все свободное пространство. Уменьшается прочность одежды и белья.

Вредные последствия воды с повышенной жесткостью для коммуникаций

1. Соли жесткости так же, как и на бытовых приборах, выпадают в осадок или кристаллизуются , образуя на поверхности коммуникационных путей и крупных приборов и установок накипь . Накипь истончает стенки коммуникаций, впоследствии полностью разрушая их.
2. Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.
3. В системах оборотного водоснабжения, образующиеся накипные отложения, водные камни и шлам из солей уменьшают проходимость труб, при этом падает теплоотдача. Падает напор воды, уменьшается количество воды в радиаторах, закупориваются входы и выходы воды из домов, что может привести к полному закупориванию коммуникационных сетей. Все это увеличивает энергозатраты .

В домашних условиях наиболее рациональный способ уменьшение жесткости воды – , которые очистят воду для питья и приготовления пищи от избытка солей. В идеале, воду для любого использования дома нужно фильтровать.

Но при этом, не нужно забывать, что показатель жесткости должен равняться определенному среднему значению. Слишком мягкая вода также не несет никакой пользы. Она повышает риск развития сердечно сосудистых заболеваний у человека, вымывает соли из организма, вызывая быстрое развитие рахита и истончение костей. В коммуникационных системах мягкая вода вызывает коррозию металлических труб.

Человек на 70-80% состоит из воды, которая является основным растворителем. С помощью нее в организме переносятся кислород, ферменты, гормоны, соли. В связи с этим особенно важным становится химический состав воды: чем больше в ней посторонних примесей, тем хуже она растворяет полезные вещества.

Абсолютно чистая вода в природе не встречается. Соприкасаясь с другими макро- и микроэлементами, она обогащается различными минералами, в частности, солями кальция и магния. Именно их содержанием обусловлено такое свойство, как жесткость: чем больше в воде солей кальция и магния, тем она жестче.

В нашей стране жесткость воды выражается в миллиграммах-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Очень мягкая вода – до 1,5 мг-экв/л, мягкая – от 1,5 до 4 мг-экв/л, вода средней жесткости – от 4 до 8 мг-экв/л, жесткая – от 8 до 12 мг-экв/л и очень жесткая – более 12 мг-экв/л. Допустимый предел жесткости воды для централизованного водоснабжения – 7 мг-экв/л.

Доказано, что жесткая вода негативно влияет на организм. При взаимодействии с мылом образуются «мыльные шлаки», которые не смываются с кожи, разрушают естественную жировую пленку, защищающую от старения и неблагоприятных климатических факторов, забивают поры, образуют на волосах микроскопическую корку, тем самым вызывая сыпь, зуд, сухость, перхоть, шелушение. Кожа не только преждевременно стареет, но и становится чувствительной к раздражениям и расположенной к аллергическим реакциям.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства питьевой воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Соли кальция и магния, соединяясь с животными белками, которые мы получаем из еды, оседают на стенках пищевода, желудка, кишечника, осложняют их перистальтику (сокращение), вызывают дисбактериоз, нарушают работу ферментов и в конечном итоге отравляют организм. Постоянное употребление воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка и накоплению солей в организме.

От воды, переполненной ионами кальция и магния, чрезмерно страдает сердечно-сосудистая система. Продолжительное использование жесткой воды чревато возникновением заболеваний суставов (артритов, полиартритов), образованием камней в почках и желчных путях.

Кроме того, что жесткая вода отрицательно влияет на здоровье, еще приносит много неприятностей в быту. Она нежелательная для мытья посуды и стирки – посуда тускнеет, а ткани быстро изнашиваются. Огромный вред наносится бытовой технике: бойлерам, стиральным и посудомоечным машинам, электрочайникам и кофеваркам. Соли кальция и магния, осаждаясь на нагревательных элементах, образуют твердые известковые отложения (накипь) и довольно скоро выводят оборудование из строя.

Следы жесткой воды видны невооруженным глазом: появляется белый налет на трубах, сантехнике, в системе отопления, бытовой технике, увеличивается расход моющих средств, «сворачивается» мыло при мытье и стирке, образуются пенообразные шлаки на коже и поверхностях.

Питьевая вода на отдельных территориях Республики Марий Эл отличается природным повышенным содержанием жесткости. Нестандартные пробы по показателю общей жесткости обнаруживаются санитарными врачами в рамках социально-гигиенического мониторинга, в ходе контрольно-надзорных мероприятий и рассмотрения обращений граждан.

Проводить очистку воды перед подачей населению должны соответствующие ресурсоснабжающие организации.

С жалобами на ненадлежащее качество питьевой воды можно обращаться в Управление Роспотребнадзора по Республике Марий Эл.

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 (Са 2+) и в меньшей степени магния (Mg 2+). 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 (Al 3+) и трехвалентное железо (Fe 3+) 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 (Ва 2+).

Виды жесткости.

Различают следующие виды жесткости.

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

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 (Са 2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg 2+) 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/дм 3).

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

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.

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.

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.

Муниципальное казенное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №11 городского округа город Михайловка Волгоградской области»

Кружок «Юный эколог»

Тема: «Влияние жесткой воды на организм человека и способы её очистки»

ученица 10 класса.

Руководитель: Попова Татьяна Васильевна

МКОУ «СОШ № 11», учитель химии.

2015 год

I . Введение

1. Актуальность исследования________________________________________________3

2. Объект и место исследования_______________________________________________3

3.Цель, задачи и методы исследования_________________________________________4

3. Обзор литературы по выбранной теме_____________________________________ _4-5

3.1. Жёсткая вода, виды жесткости и её происхождение _________________________ _5

3.2.Связь жёсткости воды с геологическим строением территории Михайловки_______5

3.3..Жёсткая вода и влияние солей жесткости на организм человека_______________6-7

3.4. Способы очистки питьевой воды_________________________________________7-8

II . Методика исследования

1.Доказательства жёсткости воды.______________________________________________9

2.Сравнительный анализ бытовых фильтров___________________________________9-12

3.Анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях

учащихся нашей школы с 5 по 11 классы._____________________________________12-14

4. Определение финансовых затрат на решение проблемы чистой воды

в начальной школе________________________________________________________14-15

III . Заключение__________________________________________________ ____ ______ 16

IV .Список литературы ______________________________________________________17

I .Введение

На занятии кружка «Юный эколог» мы занимаемся изучением экологических проблем нашего микрорайона: села Себрово и посёлка Новостройка. Я живу в с. Себрово, меня заинтересовала проблема жесткости воды в школе и дома, (мой дом находится рядом со школой). Тема моей исследовательской работы: «Жёсткая вода и её влияние на организм человека».

Гипотеза, выдвинутая мной: вода по своему химическому составу жёсткая. Жёсткая вода оказывает негативное влияние на организм человека.

1. Актуальность исследования

Вода необходима для жизни, производственных, сельскохозяйственных нужд человека. Каждый из нас нуждается в чистой воде. Она - основа здоровой жизни. К сожалению, мы не можем полагаться на чистоту воды прямо из крана. Даже если она прозрачна на вид и отсутствует неприятный запах, вода содержит невидимые невооруженным глазом загрязнения, которые являются угрозой для нашего здоровья. Из воды, поступающей к нам в дом через водопровод, в настоящее время выделено свыше двух тысяч различных загрязнений. В списках значатся пестициды, гербициды, свинец, моющие средства и др. Через воду распространяются возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, дизентерии, холеры и др.). До 30% заболеваний на Земле возникает из-за плохой питьевой воды и неисправности канализации.

2. Объект и место исследования.

Объектом является подземная вода с. Себрово.

Предметом данной исследовательской работы является изучение эффективности применения различных фильтров для снижения жёсткости воды.

Место исследования – с. Себрово. ул.Сибирская №42 (это мой домашний адрес),

ул. Байкальская №26 (это адрес моей школы).

Сроки проведения: сентябрь – октябрь 2015 года.

3.Цель, задачи и методы исследования.

Цель работы : выявить влияние жёсткости воды на организм человека и оценить существующие способы очистки воды.

В процессе выполнения моей исследовательской работы я поставила перед собой следующие задачи:

Изучить влияние жёсткости воды на организм человека.

Дать анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях учащихся нашей школы с 5 по 11 классы.

Проверить, как решается проблема жёсткой воды в школе.

Методы исследования:

1.Наблюдение.

3. Обобщение.

4.Статистический метод.

3. Обзор литературы по выбранной теме:

3.1. Жёсткая вода, виды жесткости и её происхождение.

В ходе работы были изучены публикации отечественных и зарубежных авторов по проблемам жёсткости воды, свойств жёсткой воды, а также влияния жёсткой воды.

Что такое жёсткая вода.

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Степень жесткости зависит от наличия в воде солей кальция и магния (соли жесткости) и измеряется в миллиграмм - эквивалент на литр (мг-экв/л). По нормативам ГОСТА воду – более 7 мг – экв. л – принято считать жёсткой. Жесткость может создать проблемы. При принятии ванны, мытье посуды, стирке, приготовлении пищи жесткая вода гораздо менее эффективна, чем мягкая. Катионы Ca и Mg взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок (Ca 2+ взаимодействует с HCO3 - ,Mg 2+ + с SO4 2-) Жесткость воды во многом определяет пригодность воды для использования как промышленных, так и в бытовых целях.

Виды жесткости:

Карбонатная жесткость. Присутствуют в воде гидрокарбонаты и кальция и магния. Устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью. Некарбонатная жесткость. Присутствуют сульфаты и хлориды кальция и магния. При кипячении не устраняется (постоянная жесткость). Общая жесткость представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткости.

Происхождение жесткости.

Ионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ , а также других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, присутствуют во всех минерализованных водах. Их источником являются природные залежи известняков, гипса и доломитов CaCO 3 MgCO 3 . 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. CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3 ) 2 . . Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий. 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.

3.2.Связь жёсткости воды с геологическим строением территории Михайловки.

Геогорнотехнические системы находятся под влиянием разновозрастных водоносных горизонтов. В пределах Доно-Медведицкого вала на условия добычи известняков оказывает влияние водоносный средне-верхнекаменноугольный комплекс (C2-3), при добыче мела – водоносный альбсеноманский терригенный комплекс (K1 al-s) и локально-водоносный турон-коньякский меловой комплекс (K2 t-k) . На этой территории прослеживается наибольшая глубина залегания грунтовых вод – более 20 м. ГТС Приволжской возвышенности расположены в зоне палеогенового (P), неогенового N2 1er (ергенинского) и неоген-четвертичного терригенно-аллювиального (N+Q) водоносных комплексов . Здесь глубина грунтовых вод составляет до 20 м.

3.3.Жёсткая вода и влияние солей жесткости на организм человека.

1. Оказывается, чем жестче вода, тем хуже она оказывает влияние на организм. Жесткость воды неблагоприятно влияет на кожу, обусловливая ее преждевременное старение. При взаимодействии солей жесткости с моющими веществами происходит образование осадков в виде пены, которая после высыхания остается в виде микроскопической корки на человеческой коже, на волосах. Главным отрицательным воздействием этих осадков на человека является то, что они разрушают естественную жировую пленку (защищающую кожу от старения и неблагоприятных климатических воздействий), которой всегда покрыта нормальная кожа. Из-за этого забиваются поры, появляются сухость, шелушение, перхоть. Кожа не только рано стареет, но становится аллергичной и чувствительной к раздражениям.

2. Высокая жесткость оказывает отрицательное действие на органы пищеварения. Соли жесткости, соединяясь с животными белками, находящимися в нашей пище, оседают на стенках пищевода, желудка, кишечника, мешая перистальтике, вызывая дисбактериоз, нарушая работу ферментов и отравляя организм. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме.

3.Больше всего от воды переполненной ионами кальция и магния страдает сердечно - сосудистая система. (Ca контролирует ритм сердца, необходим для сокращения и релаксации, в том числе и сердечной мышцы)

4.Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к заболеванию суставов (артриты, полиартриты). В человеческом теле можно выделить семь основных типов соединения костей, обеспечивающих различную степень их подвижности. Между соединяемыми элементами находится прозрачно-желтая жидкость, называемая в медицине синовиальной. Она играет роль смазки, позволяя костям легко поворачиваться относительно друг друга в месте соединения. Если же вместо такой жидкости там оказываются неорганические минералы, поступившие с питьевой водой, и ядовитые кристаллы, то каждое такое перемещение будет даваться человеку с трудом, вызывая при этом болезненные ощущения.

5.Существует мнение, что жесткость воды приводит к образованию камней в почках и желчных путях. Интересен тот факт, что камни в почках образуются из-за недостатка кальция в пище. Научные эксперименты доказывают, что камни формируются не из кальция, усвоенного из пищи. Были проведены эксперименты с использованием радиоактивных меток на кальции в пище. Когда почечные камни и шпоры позже исследовались, в них не было ни единого радиоактивного кальция. Таким образом, было доказано, что 100% почечных камней и костяных шпор строятся из кальция, выщелачиваемого из костей для нейтрализации кислотности жидких сред организма. С другой стороны, Mg является антагонистом Ca в обменных процессах. При избытке Mg увеличивается выведение Ca из организма, то есть Mg начинает вытеснять Ca из тканей и костей, что ведёт к нарушению нормального костеобразования.

3.4. Способы очистки питьевой воды

Кипячение

Кипячение является самым доступным способом, который позволяет провести эффективное очищение воды для питья в домашних условиях. Кипятить воду следует примерно 15 минут, что поможет уберечь себя и близких от возбудителей серьёзных заболеваний. Кипячение позволяет сделать воду более мягкой и очистить её от солей, которые оседают на стенки и дно сосуда. После кипячения воду, находящуюся на дне, рекомендуется слить.

Перед употреблением кипячёная вода должна немного отстояться, держать её можно в закрытом сосуде, чтобы избежать попадания пыли и болезнетворных микроорганизмов. Так как в кипячёной воде очень быстро развиваются микробы, хранить её долго не следует. Минусом такого способа очищения питьевой воды является то, что под воздействием хлора и высокой температуры увеличивается содержание вредных примесей органического характера, которые не добавляют здоровья нашему организму.

Отстаивание . Обезопасить воду для питья в домашних условиях поможет метод отстаивания. Отфильтрованную воду из колодца (или воду из водопровода) поставить отстаиваться на 5-6 часов. В нижней части посуды соберется вода, обогащенная веществами с большим удельным весом (карбонат кальция, некоторые тяжелые металлы и др.). Эту часть жидкости (примерно 1/3 часть) нужно слить (аккуратно, чтобы не взбаламутить жидкость, опускаем туда тонкий резиновый шланг, втягиваем в себя воздух, как делают автомобилисты или аквариумисты и сливаем).

Замораживание . Очищение в домашних условиях питьевой воды можно провести с помощью её частичного замораживания. Следует отметить, что вначале происходит замерзание более чистой и пресной воды, затем кристаллизируется вода, содержащая различные примеси и соли. Для проведения такой операции берётся отстоянная вода, которую наливают в ёмкость и ставят в морозильную камеру. Очень важно так рассчитать время, чтобы вода замёрзла примерно наполовину, именно замёрзшая часть впоследствии используется для питья и приготовления пищи. Следует отметить, что талая вода претерпевает некоторых структурных изменений, которые создают определённый целебный эффект. В зимнее время года очищать воду для питья можно с помощью природных сил, проводя замораживание на чистом открытом воздухе. Такая вода сохраняет целебные свойства ещё на протяжении некоторого времени после оттаивания.

II . Методика исследования

1.Доказательства жёсткости воды.

Цель: доказать, что вода на территории с. Себрово является жёсткой.

Ход работы :

в течение 2 месяцев я кипятила воду в одной ёмкости, не добавляя пищевую соду. При визуальном осмотре наблюдается большое количество накипи, что свидетельствует о большом содержании гидрокарбонатов кальция и магния.

Вывод : подземнаявода с. Себрово является жёсткой.

2.Сравнительный анализ бытовых фильтров.

Цель: сравнить бытовые фильтры по степени очистки воды и дать рекомендации эффективности их использования.

Название и внешний вид

Принцип работы

Слож-ность установ-ки

Преимущества

Недостатки

Двухколбовые проточные фильтры

В этом варианте используются два картриджа. Это может быть либо механика и уголь, либо механика и ионообменная смола. Выбор картриджа зависит от того, нужно умягчить воду (используется ионообменная смола) или убрать хлор (уголь) Умягчение воды с помощью ионообменной смолы происходит благодаря удалению из жидкости ионов кальция и магния, а также солей, вызывающих жесткость воды. Ионообменный картридж может самостоятельно регенерироваться в домашних условиях по истечению ресурса.

Требуется

специа-лист

угие загрязнения;

Трехколбовые проточные фильтры

Активированный уголь удаляет хлор, хлорорганические соединения, фильтр, а также уже очищенную воду от микроорганизмов; Слой из спрессованного активированного кокосового угля очищает воду на последнем этапе от всех остатков вредных веществ, в том числе, от частичек фильтрующих элементов. Ионообменная смола снижает жесткость и минерализацию воды, удаляет из нее цветные и тяжелые металлы, соединения железа и радионуклиды; Пористое полипропиленовое волокно удаляет из воды механические примеси, задерживает частички фильтрующих элементов; Полимерный сорбционный материал удаляет органические соединения, которые дают воде желтый цвет, также удалит остаточное железо и алюминий; Смесь активированных углей с добавкой серебросодержащего компонента удаляет остатки хлора, органических соединений и железа. Улучшает вкус и запах очищенной воды и гарантируется микробиологическую стабильность очищенной жидкости;

Требуется

Если выбрать картридж с тремя колбами оптимально правильно, то можно будет убрать из воды 99% хлора, запаха и хлорорганики, диоксинов,также 80% жесткости воды, 75% железа и 60% органики.

Подключаются к водопроводу напрямую; Нет ограничений в количестве чистой воды, которую можно получить; Отдельный удобный кран, который всегда впишется в интерьер Эстетичный внешний вид. Фильтр устанавливается под раковиной и его просто не видно; проточный фильтр дает более высокую степень очистки воды. Большие ресурсы картриджей.

Сложная замена картриджа , при установке требу ет дополнительн ый монтаж, пропускают вирусы, бактерии и другие загрязнения;

Высокая цена.

Настольные проточные фильтры

О чищает воду от загрязнений, хлора, нерастворимых примесей, смягчает воду, корректирует содержание железа и тяжелых металлов, снижает степень минерализации. Картридж рассчитан на очистку 1000-2000 литров

Не требуется

Не требует дополнительно монтажа. Просто его надо подключить к крану с питьевой водой

Габариты.

Фильтры-кувшины

Скорость фильтрации «кувшинов» равняется от 0,05 до 0,25 литров в минуту .

Кассета БАРЬЕР-6 (Жесткость) содержит высококачественную ионообменную смолу, которая эффективно снижает содержание ионов кальция и магния в воде, уменьшая ее жесткость и таким образом производя эффективное умягчение воды.

Не требуется

Небольшая цена: стильный фильтр-кувшин стоит порядка 400 рублей, а картридж – от 100 до 300 рублей.

Один картридж очищает – 100-400 литров

Вывод: при сравнительной характеристике различных бытовых фильтров – наибольшее число преимуществ имеет фильтр – кувшин с кассетой «Барьер», который по цене доступен большинству населения и не требует установки.

3.Анализ способов очистки воды и видов фильтров, которые используются в семьях учащихся нашей школы с 5 по 11 классы.

А. Цель: провести статистический анализ среди учащихся с 5 по 11 классы по следующим вопросам:

1) осведомлённость учащихся о воздействии жёсткой воды на организм человека;

2) использование различных способов очистка в домашних условиях;

Ход работы :

Среди учащихся с 5 по 11 классы были проведены анкеты, результаты обработки, которых приведены ниже:

Всего в классе

Владеют информацией о влиянии жёсткой воды для здоровья человека

Не владеют информацией о влиянии жёсткой воды для здоровья человека

Используют для уменьшения жёсткости воды:

Кипячение

Бутилиро-

ванную воду

Другие методы

(привозная вода из городских колонок)

Вывод: осведомлённость учащихся о влиянии жёсткой воды на организм человека возрастает с возрастом, это зависит от информации, которую получают на уроках экологии и химии. Предпочитаемые способы очистки воды – это различные фильтры.

Б. Цель: выявить предпочитаемые виды фильтров, которые используют семьи учащихся с 8 по 11 классы.

Всего фильтров

Двух- и трёхколбовые проточные фильтры

Настольные проточные фильтры

Фильтры – кувшины с кассетой «Барьер»

Вывод: наименьшее количество использованиядвух- и трёхколбовых проточных фильтров и наибольшее – фильтров- кувшинов связано со сложностью установки и ценой товара.

4. Определение финансовых затрат на решение проблемы чистой воды в начальной школе.

Цель: определитьзатраты на одного ученика в год при использовании бутилированной воды в начальной школе.

Ход работы:

Все классы начальной школы покупают бутилированную воду «Источник в песках». Я взяла для расчёта 3 класса:

Количество учащихся

За какое время используется

Стоимость 1 бутыли

Сумма на 1 ученика за месяц

Сумма на 1 ученика за учебный год

(округляем до рублей)

19 руб. 20 коп.

17 руб. 14 коп.

155 рублей

18 руб. 46 коп.

167 рублей

Вывод: расчёты показали, что расходы на бутилированную воду «Источник в песках» в течение года незначительны и разве возможно сравнить здоровье и ту сумму, которая тратится на чистую воду.

Природная питьевая вода от Производства Кумылженских минеральных вод добывается из скважины глубиной 140 м в районе станицы Кумылженской Волгоградской области. То есть в экологически чистом районе, расположенном на территории природного парка «Нижнехоперский», в трехречье Дона, Хопра и Медведицы. Технология обработки. В станице Кумылженская Волгоградской области находится производство по добыче воды. Производство представляет собой завод с отдельными цехами по розливу 18,9л. и 5 л. тары, тёплыми складскими помещениями. Общая площадь производства 300000 кв.м. Производство всё механизировано. Местные песчаные породы являются великолепным природным фильтром, поэтому вода от Производства Кумылженских минеральных вод настолько чиста, что её обработка заключается только в механической очистке. Ее химический состав не подвергается ни малейшему изменению. Розлив осуществляется на высокопроизводительном американском оборудовании Cap Snap, используется паллетная погрузка продукции. Предприятие работает с 2002 года, стабильно сохраняя качество продукции. Качество, по мнению специалистов, химический состав воды очень схож с чистейшей водой озера Байкал ...

III . Заключение

На основании проведённых исследований я сделала следующие выводы:

По результатам исследования вода в микрорайоне Новостройка – жесткая.

Жесткая вода оказывает негативное влияние на здоровье человека (на основании изученной литературы).

Жёсткость может оказать отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека, оказывая отрицательное действие на органы пищеварения. Она негативно влияет на органы пищеварения, суставы.

Жесткая вода устраняется в процессе кипячения.

Необходимо применять бытовые фильтры для устранения жесткости питьевой воды.

Самое дорогое для человека – это здоровье. Поэтому наши родители и мы должны делать всё необходимое для его сохранения. Проблема чистой воды очень важная. Практически каждая семья может выбрать тот способ очистки воды, который доступен по цене. С результатами своей работы выступила на заседании кружка «Юный эколог». Подготовила буклет на тему: «Чистая вода - залог здоровья человека» (Приложение 1) и провела работу среди учащихся 7-9 классов по теме моей работы.

В перспективе, планирую продолжить пропаганду использования чистой воды среди взрослого населения на родительских собраниях.

Список литературы

1. Доклад о состоянии окружающей среды Волгоградской области в 2009 году. – М. : Глобус, 2010. – 304 с. 4.

2.Журин А.А. «Лабораторные опыты и практические работы по химии» (учебное пособие) – М., «Аквариум», 1997

3.Лурье Ю. Ю., Аналитическая химия промышленных сточных вод. М., 1984. В. А. Гладков.

4.Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши, под ред. А. Д. Семенова. Л., 1977 5. Унифицированные методы исследования качества вод. ч. 1. Методы химического анализа вод. кн. 1, 2, 3 изд.. М., 1977

6.Шевченкова Т.Ф. «Геология Брянской области» Брянск, 1992 7.Интернет http://

http://nsportal.ru/sites/default/files/2014/05/20/zagryaznenie_vody.docx

7.Энциклопедия по экологии. – М., Аванта плюс, 2003.