Чем чревата жесткость воды и какими способами можно ее смягчить

Как смягчить воду в аквариуме бытовыми способами?

Сразу заметим, что такие бытовые способы не убирают соли жесткости, а только снижают их концентрацию. Формально можно отстаивать воду, кидать в нее кусочки кремня – это будет работать, но очень медленно и малоэффективно.

Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием

Итак, вот основные бытовые способы смягчения воды, имеющие право на жизнь.

1. Добавление дождевой воды в аквариум с рыбками. Но, собирая дождевую воду, максимально учитывайте ее чистоту (не собирайте ту, что стекает с крыши).
2. Высаживание роголистника, элодеи, эгропилы. Также поможет смягчить водную среду.
3. Доливание дистиллята. Купите готовый дистиллят или, как вариант, специальное оборудование для его приготовления.
4. Торф, очищенный кипячением, поместите в мешочке в контейнер фильтра (либо используйте в качестве субстрата для растений). А чтобы избавиться от желтого оттенка воды, поместите активированный уголь в фильтр.
5. Кипячение воды, отстаивание и выливание верхнего ее слоя в аквариум, где нужно смягчить воду.
6. Заморозка в холодильнике на 50%. Ту часть жидкости, что не замерзла, утилизируйте. Лед растопите и вылейте в аквариум.

Кипятим воду для повышения жесткости в аквариуме

Иногда для смягчения аквариумисты добавляют воду, в которой кипятились ольховые шишки. Мягко говоря, не самый удачный метод, поскольку отвар изменит и другие параметры воды.

Отвар ольховых шишек

Устройства для смягчения воды

Умягчение воды в загородном доме и крупных коттеджах выполняется различными способами. Для этого разработано много специальных средств. Однако, для этих целей часто применяют домашние методы. Ниже приведены самые распространенные и эффективные из них.

Фильтр-кувшин

Это специальные емкости различного объема от 1,5 до 3 литров, очищение воды в которых происходит за счет фильтрующего картриджа. Он задерживает имеющиеся в жидкости соли, различные вредные примеси, что способствует ее смягчению. Использовать такой фильтр для умягчения воды удобнее всего на кухне. Очищенная живительная влага будет всегда под рукой.

Накопительная емкость обычно выполнена из прозрачного пластика. Очищающие картриджи со временем необходимо менять. В среднем один фильтрующий модуль рассчитан на 200-300 литров. Наиболее эффективными для умягчения воды в квартире являются фильтры, выпущенные компаниями «Аквафор», «Гейзер» и «Барьер».

Виды фильтров для дома

Ионообменные смягчители

Наиболее эффективным способом устранения излишней жесткости является ионообменная установка умягчения воды. Фильтрующие элементы в этом случае заполнены ионитами. После того как жидкость просочилась через ионообменный материал, меняется ее химическая структура. При этом жесткие соли не выпадают в осадок, и устанавливать дополнительные фильтрующие устройства не требуется.

В качестве реагентного вещества в этом случае используется ионообменная смола, предназначенная для качественного умягчения воды. Подобные системы нуждаются в регулярном уходе и периодической очистке. При правильной эксплуатации фильтрующий элемент прослужит в среднем 3 года.

Магнитные и электромагнитные смягчители

Эти устройства устанавливаются на магистральных трубах в виде дополнительной накладки. Под воздействием электромагнитного либо магнитного поля солевые соединения теряют способность откладываться на поверхности в виде накипи. Их выводят в специальный отстойник.

Такой метод умягчения часто используется в частных домах и коттеджах, но он не применяется для питьевой воды. Жидкость, очищенную данным способом, используют только для хозяйственных нужд.

Нагревательный прибор при использовании жесткой и мягкой воды

Мембранный фильтр

Такая система умягчения воды стоит достаточно дорого, но является одним из самых удобных способов. Специальные устройства, фильтры обратного осмоса, позволяют превратить жесткую воду в практически дистиллированную. Жидкость в этом случае проходит через специальную мембрану, которая свободно пропускает молекулы воды, а другие соединения задерживает. Единственный минус – по некоторым данным такую воду не рекомендуется использовать для питья и приготовления пищи, поскольку в ней отсутствуют необходимые для здоровья человека минералы. Поэтому часто мембранные фильтры укомплектовывают минерализатором, вода, пропущенная через них, уже пригодна для питья.

Способы смягчения жесткой воды

Снизить концентрацию солей можно несколькими способами, среди них наиболее эффективными являются:

• применение смягчителей;
• добавление смягчающих средств;
• обратный осмос.

Для снижения жесткости применяют смягчители, их устанавливают на внешней части водопровода. В основе этого метода лежит сила магнитного поля, которое притягивает ионы солей. Но есть недостаток — в результате влияния магнита в трубе образуются рыхлые отложения.

Устранение жесткости кипячением

Самым простым способом смягчения воды является кипячение.

Кипячение является самым простым способом снижения жесткости. Нагрев воды до +100°С заставляет карбонаты и сульфаты распадаться, соединения выпадают в виде осадка.

Для их удаления воду после кипячения отстаивают несколько часов. Чтобы долго не ждать, ее пропускают через фильтры.

Жидкость после кипячения становится мягкой, но на нагревательных элементах бытовых приборов образуется накипь. Если ее не удалять, бытовая техника выйдет из строя.

Это отнимает много времени и увеличивает расход электрической энергии.

Заморозка

Для смягчения воды часто используют заморозку. Изменение жесткости происходит постепенно, а структура жидкости не меняется.

Процесс заморозки в бытовых условиях выглядит следующим образом. Сначала воду наливают в емкость, ставят в морозилку. Когда замерзнет 75% жидкости, пробивают лед, сливают воду со дна кастрюли. Такой способ позволяет удалить все вредные соединения.

Лед тает, получается талая вода. Ее используют для приготовления еды, полива растений. В ней можно стирать вещи, сшитые из деликатных тканей.

Замораживание как способ смягчения воды.

Обработка химическими и пищевыми реагентами

Реагенты воздействуют на примеси, в результате образуется осадочная масса.

Для того чтобы убрать жесткость, используют следующие вещества:

1. Пищевая сода. Она снижает кислотность, уменьшает концентрацию солей.
2. Кальцинированная сода. Используют, если нужно умягчить воду для хозяйственных нужд. Для пищевых целей этот реагент не применяют.
3. Уксусная кислота, лимонный сок и кислота. Эти пищевые добавки относятся к натуральным, они окисляют и смягчают жидкость. Средства используют, когда нужно убрать накипь на посуде, при ополаскивании волос.
4. Синтетические реагенты.

Применение реагентов отличается эффективностью, но способ имеет ряд недостатков. Добавляя вещества, нужно знать точную дозировку. Реагенты необходимо хранить в закрытом помещении при низкой влажности.

Использование химических веществ для умягчения воды.

Снижение жесткости фильтрующими системами

Снизить жесткость можно, используя системы фильтрации. Чаще всего приобретают бытовые фильтры, но для очистки жидкости для хозяйственных нужд, когда нужны большие объемы, лучше приобрести профессиональные системы.

Фильтры-кувшины покупают, чтобы смягчить воду из колодца. Прибор представляет собой кувшин из пластика, в нижней части которого установлен угольный картридж. Кувшин мобильный, поэтому его удобно брать с собой на дачу. За 1 раз можно очистить от 1 до 4 л жидкости. Проходя через картридж, она становится более мягкой и вкусной. Менять фильтр нужно не реже 1 раза в 2 месяца.

Хорошо себя зарекомендовали ионообменные умягчители. Такое устройство состоит из 2 резервуаров. В одном из них находится смола, а в другом содержится солевой раствор. Когда вода проходит через первую емкость, происходит ее очищение от ионов магния, железа и кальция. При просачивании сквозь второй резервуар — насыщение натрием.

К смягчающим средствам относятся разные вещества.

Их выпускают в:

• таблетках;
• порошках;
• жидких формах.

Эти средства добавляют в посудомойки и стиральные машины.

Обратный осмос представляет собой систему очистки бытового назначения. Прибор состоит из нескольких картриджей, дополненных фильтрами и мембраной. Есть бак, в который набирается очищенная вода. Систему монтируют под раковиной.

В процессе из жидкости удаляются не только соли, но и хлор, частички ржавчины и песка.

Система обратного осмоса состоит из нескольких элементов, поэтому считается дорогостоящей. При выборе такого варианта очистки нужно учитывать, что 70% жидкости будет слито в канализацию. Это повлечет за собой дополнительные расходы.

Схема работы обратного осмоса.

Для того чтобы система работала правильно, давление в водопроводной сети должно быть не менее 3-3,5 атмосфер. Если оно не нагнетается, монтируют фильтр со специальным насосом.

Признаки повышенной жесткости

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

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

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

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

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

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

Фильтры и их разновидности

В продаже можно встретить следующие виды фильтров:

• Бытовые в виде кувшина со сменным картриджем. Картриджа хватает на один-два месяца, вода очищается быстро, но в небольших объемах – до 3 л. Неплохой бытовой вариант.
• Ионообменные – данный способ предполагает применение фильтров со специальными материалами, которые отвечают за ионный обмен (обычно это смолы). Такие фильтры могут иметь вид колбы с полифосфатной кристальной засыпкой, картриджными со сменными картриджами, регенеративными с солевым раствором. Ионообменные фильтры высокопроизводительны и неплохо снижают жесткость воды, но применять жидкость для пищевых целей все равно будет нельзя. Расходные материалы нужно постоянно менять, а регенеративные модели довольно дорого стоят.
• Обратного осмоса – в данном случае вода как бы «продавливается» под давлением 3-4 атм через полупроницаемую мембрану. Данная мембрана пропускает молекулы воды, но не солей и других примесей. Фильтры обратного осмоса смягчают воду до уровня дистиллированной – употреблять ее в пищевых целях нельзя, поскольку в жидкости нет необходимых для поддержания здоровья минералов и солей. Поэтому качественные современные модели оснащаются минерализатором – он насыщает уже очищенную моду солями и минералами.
• Магнитные – такие фильтры-умягчители создают магнитное поле, которое затем изменяет свойства протекающей через него жидкости. Визуально они представляют собой цилиндры с магнитами, устанавливаемыми непосредственно на магистральном отрезке. Некоторые модели монтируются на трубопровод в виде накладок. Под воздействием магнитного поля соли жесткости утрачивают способность откладываться в виде накипи, а те отложения, которые были образованы ранее, собираются в специальные отстойники и сетчатые фильтры для механической очистки, откуда время от времени удаляются.

Что лучше: обычное умягчение или полная фильтрация воды?

Фильтр умягчения не всегда дает нужные результаты – в ряде случаев требуется полная фильтрация. Система очистки удаляет элементы кальция и некоторых солей (частично), в то время как полная фильтрация позволяет избавляться от всех химических примесей и изменять металлической состав, удалить соли. При этом она может сопровождаться умягчением, минерализацией. Если все сделать правильно, водопроводная вода будет иметь хороший запах и приятный вкус.

Магнитный фильтр или специальные соли: выбираем альтернативу

Специальные соли дают неплохой эффект, но не забывайте о соблюдении дозировки для каждого вещества. Также вам придется обеспечивать их постоянное наличие и соответствующие условия для хранения – а это лишнее место, дополнительные расходы и хлопоты. При этом применять умягченную с помощью реагентов воду для приготовления пищи и питья можно не всегда.

Что собой представляет магнитный фильтр? Устройство из двух мощных магнитов, которые создают сильное поле – оно притягивает металлические частички. Вода при прохождении через такой элемент становится мягче. Химические препараты не применяются, но влияние заряженной магнитным полем воды на организм человека тоже пока что не изучено.

Что такое жесткость

Природная вода добывается из недр земли. Находясь там, она постоянно контактирует с породами, из которых слагается земная кора, поэтому в ней растворяются различные минералы, соли, другие неорганические соединения. А если в водоносный пласт просачивается через почву грунтовая, дождевая и талая вода, то в воде может встречаться и органика. Все эти примеси влияют на её состав. Даже если вода совершенно прозрачная и не имеет постороннего запаха, это не говорит о её химической и биологической чистоте.

Поэтому после добычи и перед подачей потребителям вода проходит очистку и обеззараживание. И если в городах этим занимаются специализированные предприятия водоснабжения, то владельцам частных домов со снабжением из скважины или колодца приходится самостоятельно выяснять состав воды и принимать меры для того, чтобы привести жесткость воды к норме.

Бытовая установка для очистки и умягчения водыИсточник ecvols.ru

Виды жесткости

Жесткость воды бывает трех видов: общая, временная (карбонатная) и постоянная (некарбонатная).

• Временную жесткость воде придают гидрокарбонаты кальция и магния, которые удаляются простым кипячением, образуя накипь.
• Постоянная жесткость зависит от содержания в жидкости сульфатов, хлоридов и других солей этих же минералов, для устранения которых требуются гораздо более сложные методы очистки.
• Общая жесткость складывается из постоянной и временной.

Виды жесткости водыИсточник prezentacii.org

Проще говоря, жесткость воде придают ионы кальция и магния, попадающие в неё из осадочных пород – мела, известняка, доломита.

Виды воды по степени жесткости

В зависимости от концентрации в воде солей магния и кальция её разделяют на жесткую, среднюю и мягкую. В разных странах для такого понятия, как жесткость воды, единицы измерения свои. Есть и общая для всех – моль/м³, не самая удобная для расчетов.

В России такой единицей является градус жесткости, который обозначается °Ж и равен 1 мг-экв/л. В 1°Ж содержится 20,04 мг ионов кальция и 12,16 мг ионов магния. Чем выше градус, тем более жесткой считается вода. Ниже приведены значения для каждого вида.

Тип воды в зависимости от градуса жесткостиИсточник teplogidromash.ru

Нормативы

Качество воды напрямую влияет на здоровье людей, поэтому за ним нужно следить, соблюдать при водоподготовке рекомендации ГОСТ и СанПиН в части того, какой должна быть жесткость воды. Норма для питьевой воды из водопровода определяет как верхние, так и нижние границы концентрации солей жесткости.

• Максимальное содержание кальция не регламентируется, магния должно быть не более 50 мг/л, жесткость не выше 7 градусов.
• Минимальная концентрация кальция 0,12 мг/л, магния 0,04 мг/л.

Какая вода лучше, зависит от качества очисткиИсточник zhodinonews.by

Содержание солей жесткости в воде для хозяйственно-бытовых нужд может быть выше, чем в питьевой – до 350 мг/л или 7-10°Ж. Однако по возможности нужно стремиться снижать жесткость до 4-5 градусов, так как при более высоких значениях соли кальция и магния откладываются на стенках труб, образуют налет и накипь в бытовых приборах и на сантехнике.

Расчет потенциальной мощности установок по очищенной воде на ионообменных сорбентах

Наиболее удобно описывать процессы сорбции загрязняющих катионов трехмерными уравнениями. Это значит, что функция отклика варьируется в трехмерном пространстве переменных термодинамических координат. Так, степень очистки воды ?С (разница между концентрациями загрязняющего катиона на входе и выходе из сорбционной колонны) при фильтрации через насыпной слой специфического сорбента практически полностью описывается следующим уравнением:

?С = f(L,W,V), (1)

где: L – высота насыпного слоя;

W – количество активных центров сорбента;

V– скорость фильтрации.

Математическое моделирование процессов фильтрации дает возможность найти общий вид уравнения (1):

?С=/(3-L) (2)

Итоговое уравнение (2) учитывает влияние на процесс сорбции загрязняющих катионов трех переменных факторов и содержит постоянных коэффициентов 12 коэффициентов.

Решение уравнения ?С = f(L, W, V) было найдено для катионитов, для которых известно, что при скорости фильтрации V, превышающей оптимальную (Vopt=20 м/ч) в 3 раза степень умягчения воды составляет 1/10 от степени умягчения, наблюдающейся при оптимальной скорости фильтрации. Таким образом, уравнение (2) имеет решение в интервале .

Далее найдем уравнение для расчета приращения скорости ионного обмена ?U при изменении скорости фильтрации на ?V. Приращение скорости ионного обмена определяется площадью, ограниченной кривой ?С = f(V) и осью абсцисс. Таким образом, в области варьирования скорости фильтрации (?V) от Vopt до V, приращение скорости ионного обмена может быть найдено по формуле:

V /(3-L)

?U = ? ? dV d(?C) = ? dV ? d (?C) (3)

?V Vopt 0

Уравнение (3) решается численно и величина приращения скорости ионного обмена выражается в мг/ч. Для этого, скорость фильтрации следует выразить в л/ч, а степень очистки ?С – в мг/л:

= [л/ч]·[ мг/л] = [мг/ч]

Зная значение ?U, можно найти полную скорость ионного обмена U. Скорость ионного обмена – это количество загрязняющих ионов (в мг), которое сорбировалось на сорбенте за 1 час. Величина ?U существенно отличается от 0 только при значениях скорости фильтрации выше некоторой оптимальной Vopt. Кроме того, ?U <0, так как с увеличением скорости фильтрации полная скорость ионного обмена снижается. Скорость ионного обмена при V< Vopt находится по формуле: U = V · ?C

В приведенной формуле степень очистки ?C находится по уравнению (2). При высоких скоростях фильтрации (V> Vopt) полная скорость ионного обмена выражается следующим образом:

U = V · ?C + ?U (4)

Зная скорость U, потенциальную мощность установки Р водоподготовки при повышенных скоростях фильтрации. Мощность Р – это объем воды, который может быть очищен на данной установки при соблюдении условия неизменности заданной степени очистки ?Cs. Для вычисления мощности необходимо знать динамическую обменную емкость ионообменного сорбента. Пусть обменная емкость равна E (в мг-экв/л), тогда общее количество активных центров (ионообменных групп) сорбента Wо равно:

Wо = E · Vs, (5)

где: Vs – объем сорбента.

Общее время Ts, в течение которого данная колонна может эксплуатироваться между двумя регенерациями, определяется отношением параметра Wo к полной скорости ионного обмена U при заданной скорости фильтрации:

Ts = Wo/U = E · Vs /( V · ?C + ?U) (6)

При расчетах по уравнению (6) следует перевести скорость ионного обмена в мг-экв/ч. Полученное время Ts (в часах) выражает запас эксплуатационной мощности установки водоподготовки в межрегенерационный период. Мощность установки может быть также выражена в объеме воды, который может быть очищен в межрегенерационный период Qs:

Qs = V / Ts (7)

Для удобства объем Qs выражается в м3, поэтому скорость фильтрации V должна быть переведена в м3/ч. Нахождение параметров Qs и Ts является конечной целью математического моделирования водоподготовительных установок.

Методы смягчить воду

1. Кипячение. Самый простой доступный способ избавиться от временной жесткости без использования химических веществ и сложных устройств. При высокой температуре гидрокарбонаты и сульфат кальция распадаются, выпадая осадком на дне посуды и нагревательных элементах. Смягченная вода подходит для любых целей: питья, стирки, мытья и пр.

Доведите воду до кипения, оставьте на 2–3 минуты, затем охладите до нужной температуры.

Недостатки:

• частично снижается только временная жесткость воды;
• ограниченность – обеспечить все бытовые нужды кипяченой водой очень сложно;
• спустя некоторое время из-за слоя накипи нагревательные системы и емкости приходится менять или чистить;
• при кипячении из воды улетучиваются полезные вещества;
• нагревание требует значительных затрат энергии.

2. Отстаивание. После 1–2 суток в защищённом от прямых солнечных лучей месте смягчает воду из колодцев и скважин, предназначенную для полива цветов и комнатных растений. Может использоваться для очистки питьевой воды, но только если начальная жесткость лишь слегка выше нормы.

3. Вымораживание. Эффективный метод, не изменяющий структуру воды, вследствие чего все полезные вещества остаются в составе. Поставьте воду в морозилку, когда на стенках емкости появится лед, слейте жидкость по центру.

Растопленный лед используйте как питьевую воду или для полива вазонов.

Недостаток: подготовить этим методом большие объемы воды сложно.

4. Пищевая и кальцинированная сода. Благодаря химическим свойствам сода смягчает воду и снижает кислотность.

Добавьте 2 чайные ложки пищевой или 1 чайную ложку кальцинированной соды на 10 литров воды, хорошо перемешайте и дождитесь появления осадка на дне. Во время приготовления еды всыпьте 1 чайную ложку пищевой соды на 3 литра воды, чтобы крупы и овощи лучше разваривались.

Недостатки:

• смягченная содой вода не может использоваться как питьевая (кроме отваривания);
• сложность в постоянной обработке большого объёма воды.

5. Уксус и лимонная кислота. Частично снижают жесткость, но значительно повышают кислотность, вследствие чего эти средства не рекомендуются для питьевой воды. Зачастую их используют в косметических целях.

Чтобы смягчить воду для мытья волос, добавьте 1 столовую ложку уксуса (1 чайную ложку лимонной кислоты или сок одного лимона) на 2 литра воды, перемешайте. Перед использованием дайте настояться 4–5 минут.

6. Каменная (поваренная) соль. Она же хлористый натрий, который растворяет содержащиеся в воде соли кальция и магния, препятствуя появлению накипи на нагревательных устройствах. Из-за изменений химического состава и вкуса этот метод не рекомендуется для питья.

В основном соль смягчает воду, предназначенную для посудомоечных машин. Для удобства использования производители поставляют соль в виде гранул и таблеток, но в большинстве случаев по составу предлагаемое вещество ничем не отличается от поваренной соли.

7. Химические средства. В первую очередь это раскрученные марки Calgon, Finish и другие, которые продаются в виде порошка или таблеток. Применяются согласно инструкции. Продаются в магазинах бытовой химии.

Недостаток: смягчают воду только для стирки.

8. Фильтры. Универсальные системы, предназначенные для быстрого смягчения большого количества жесткой воды и удаления вредных примесей. Могут действовать автономно или подключаться к водопроводу. Отличаются конструкцией и принципом действия.

Виды систем понижения жесткости воды: