Жесткость воды - это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»).
Соли жесткости имеют разные свойства. Так, при нагреве воды, некоторые из них выпадают в осадок в виде накипи, а некоторые - не выпадают. По этому признаку их и начали разделять.
Соли, выпадающие в осадок, стали называть солями временной (или устранимой) жесткости , а соли, которые не выпадают в осадок при нагреве воды, солями постоянной жесткости.
Сульфаты, хлориды и нитраты магния и кальция, растворенные в воде, образуют постоянную (или некарбонатную) жесткость. Они выпадают в осадок исключительно при полном испарении воды.
Временная жесткость характеризуется присутствием в воде наряду с катионами Ca2+, Mg2+ и Fe2+ гидрокарбонатных, или бикарбонатных анионов (HCO3-).
При кипячении воды гидрокарбонаты разлагаются, образуя очень плохо растворимый карбонат кальция, углекислый газ и воду:
Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2
Общая жесткость складывается из постоянной и временной.
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 (Al3+) и трехвалентное железо (Fe3+) 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 (Ва2+).
Жёсткость воды — происхождение
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. 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. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.
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 (Са2+) быстро падает и редко превышает 1 г/л. Содержание же ионов магния (Mg2+) 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/дм3).
Жесткость воды — единицы измерения
С 1 января 2014 года в России введен межгосударственный стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж).
1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л). В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы - градусы жёсткости.
За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды, соотношение этих единиц представлено в таблице:
1°Ж = 20,04 мг Ca 2 + или 12,15 Mg 2 + в 1 дм 3 воды;
1°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды;
1°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды.
Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м 3 , и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.
По значению общей жесткости природные воды делят на группы:
- очень мягкая вода (0–1,5 мг-экв/л)
- мягкая вода (1,5–4 мг-экв/л)
- вода средней жесткости (4–8 мг-экв/л)
- жесткая вода (8–12 мг-экв/л)
- очень жесткая вода (более 12 мг-экв/л).
Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
кальций – норматив не установлен; магний – не более 50 мг/л; жесткость — не более 7°Ж.
- жёсткой называется вода с большим содержанием солей,
- мягкой с малым содержанием
- временная (карбонатная) жёсткость , - обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2 ,
- постоянная (некарбонатная) жёсткость - вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2).
Нормы жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости, данные ВСТ:
|
Жесткость воды, принятая в РФ |
Жесткость воды по нормам США |
||||||||
|
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
||||
|
1. Мягкая вода |
< 5,608 °dGH |
Мягкая вода = Soft water |
< 3,361 °dGH |
||||||
|
2. Вода средней жесткости |
5,608 - 28,04 °dGH |
Вода средней жесткости = Moderate hardness water |
3,361 - 6,724 °dGH |
||||||
|
3. Жесткая вода |
Жесткая вода = Hard hardness water |
6,724-10,085 °dGH |
|||||||
|
Очень жесткая вода = Very Hard hardness water |
> 10,085 °dGH |
||||||||
Сравнение принятных норм жесткости воды в РФ и Европе (Германии), данные Эколайн:
Жесткость воды в некоторых городах мира - данные МВК - неизвестной достоверности:)
| Жесткость, °Ж | Кальций, мг/л | Магний, мг/л | |
|---|---|---|---|
| Москва | 2,0-5,5 | 46 | 11 |
| Париж | 5,0-6,0 | 90 | 6 |
| Берлин | 5,0-8,8 | 121 | 12 |
| Нью-Йорк | 0,3-0,4 | 6 | 1 |
| Сидней | 0,2-1,3 | 15 | 4 |
- Рекомендации всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) для питьевой воды:
- кальций - 20-80 мг/л; магний - 10-30 мг/л. Для жесткости какой-либо рекомендуемой величины не предлагается. Московская питьевая вода по данным показателям соответствует рекомендациям ВОЗ.
- Российские нормативные документы (СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03) для питьевой воды регламентируют:
- кальций - норматив не установлен; магний - не более 50 мг/л; жесткость - не более 7°Ж.
- Норматив физиологической полноценности бутилированной воды (СанПиН 2.1.4.1116-02):
- кальций - 25-130 мг/л; магний - 5-65 мг/л; жесткость - 1,5-7°Ж.
- По содержанию кальция и магния бутилированная вода высшей категории официально ничем не лучше воды из-под крана
Перевод единиц и градусов жесткости воды - в 99,99% случаев речь идет о временной жесткости:
| °Ж = 1 мг-экв/л |
mmol/L | ppm, mg/L | dGH, °dH | gpg | °e, °Clark | °fH | |
| 1 русский °Ж = 1 мг-экв/л это: | 1 | 0,5 | 50,05 | 2,804 | 2,924 | 3,511 | 5,005 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ммоль/л = mmol/L это: | 2 | 1 | 100.1 | 5.608 | 5.847 | 7.022 | 10.01 |
| 1 американский° ppm w = mg/L = American degre: | 0,01998 | 0.009991 | 1 | 0.05603 | 0.05842 | 0.07016 | 0.1 |
| 1 немецкий° dGH, °dH это: | 0,3566 | 0.1783 | 17.85 | 1 | 1.043 | 1.252 | 1.785 |
| 1 американская популярная ед. gpg это: |
0,342 | 0.171 | 17.12 | 0.9591 | 1 | 1.201 | 1.712 |
| 1 английский °e, °Clark это: | 0,2848 | 0.1424 | 14.25 | 0.7986 | 0.8327 | 1 | 1.425 |
| 1 французский °fH это: | 0,1998 | 0.09991 | 10 | 0.5603 | 0.5842 | 0.7016 | 1 |
| Пример: 1 °Ж = 50,05 ppm | |||||||
- американские градусы жесткости воды
, внимание тут два пункта:
- gpg = Grains per Gallon : 1 (0.0648 г) CaCO 3 в 1 (3.785 л) воды. Поделив граммы на литры получаем: 17.12 мг/л СаСО 3 - это не "американский градус", но очень употребляемая в штатах величина жесткости воды.
- американский градус = w = mg/L = American degre: 1 часть CaCO 3 в 1000000 частей воды 1мг/л CaCO 3
- английские градусы жесткости воды = °e = °Clark: 1 (0.0648 г) в 1 (4.546) л воды = 14.254 мг/л CaCO 3
- французские градусы жесткости воды (°fH or °f) (fh): 1 часть CaCO 3 в 100000 частей воды, или 10 мг/л CaCO 3
- немецкие градусы жесткости воды = °dH (deutsche Härte = "немецкая жесткость" может быть °dGH (общая жесткость) или °dKH (для карбонатной жёсткости)): 1 часть оксида кальция - СаО в 100000 частей воды, или 0.719 частей оксида магния - MgO в 100000 частей воды, что дает 10 мг/л СаО или 7.194 мг/л MgO
- русский (РФ) градус жесткости воды °Ж = 1 мг-экв/л: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр, что дает 50,05 мг/л CaCO 3 or 20.04 мг/л Ca2+
- ммоль/л = mmol/L: соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 100.09 мг/л CaCO 3 or 40.08 мг/л Ca2+
Методы устранения жесткости воды
- Термоумягчение
. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:
- Ca(HCO 3)2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
- Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.
- Реагентное умягчение
. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na2CO3 или гашёной извести Ca(OH)2. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:
- Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
- Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na3PO4, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:
- 3Ca(HCO 3)2 + 2Na 3 PO4 → Ca 3 (PO4)2↓ + 6NaHCO 3
- 3MgSO 4 + 2Na 3 PO 4 → Mg 3 (PO 4) 2 ↓ + 3Na 2 SO 4
- Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.
- Катионирование
. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование.
- При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом — до 0,01 °Ж.
- В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.
- Обратный осмос
. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.
- Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).
- В качестве недостатков данного метода следует отметить:
- - необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;
- - относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);
- - низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной.
- Электродиализ . Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.
- Дистиляция: Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией .
Степень жесткости воды обуславливается наличием в воде ионов кальция (Са 2+), магния (Мg 2+), стронция (Sr 2+), бария (Ва 2+), железа (Fе 2+), марганца (Мn 2+). Причем, содержание ионов кальция и магния значительно превышают концентрации других перечисленных ионов вместе взятых. Поэтому в России принято отпределять значение жёсткости как сумму содержащихся в воде ионов кальция и магния, выраженную в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 мг Са 2+ или 12,16 мг Мg 2+ .
Различают карбонатную (временную, устраняемую кипячением) и некарбонатную (постоянную) жесткость. Карбонатная жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная - присутствием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.
Временной жесткость называется потому, что при кипячении гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются, и выпадают в осадок в виде карбонатов. Химическая реакция этого процесса выглядит следующим образом:
Ca(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3
↓
+ H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 ― t о С → CaCO 3
↓
+ H 2 O + CO 2
Выпадающий осадок образует налёт (так называемую накипь) на стенках посуды, в которой кипятится вода. После кипячения и выпадения гидрокарбонатов в осадок вода становиться более «мягкой».
Постоянная жесткость обусловлена наличием в воде устойчивых химических соединений сульфатов, хлоридов, силикатов и некоторых других солей кальция и магния, которые при кипячении в осадок не выпадают и не удаляются. Сумма временной и постоянной жесткости дает общую жесткость воды.
Общая жесткость воды, нормативы
Мировая практика контроля качества потребляемой для питья воды (нормы Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ISO, а также нормативы США) не нормируют жесткость питьевой воды - только отдельно содержание в воде ионов кальция и магния. По российским нормам () жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Что же происходит при превышении этого значения? Оказывается, что при жесткости воды выше 7 мг-экв/л значительно увеличивается скорость зарастания труб известковыми отложениями, что уменьшает их срок службы и увеличивает эксплуатационные затраты. А при очень низкой жесткости воды приобретает сильные коррозионные свойства. Активное использование пластика и металлопластика в последнее время позволяет снять ограничения на использование мягкой воды.
Общая жесткость воды, классификации
Классификации природной воды по степени жёсткости отличаются в разных странах, а также могут подразделяться в зависимости от целей использования воды.
Самая общая классификация выглядит следующим образом:
По американской классификации питьевая вода считается «мягкой» при содержании солей жесткости менее 2 мг-экв/л, нормальной- от 2 до 4 мг-экв/л, жесткой - от 4 до 6 мг-экв/л, и очень жесткой - свыше 6 мг-экв/л. Стоить заметить, что подобная классификация справедлива для воды, использующейся для питьевых нужд. Вода, находящаяся в системах горячего водоснабжения и контактирующая с любыми нагревательными элементами, для нормального функционирования системы должна быть более мягкой. Тут не обойтись без установки , в частности - . При этом, если вода поступает из частной скважины, скорее всего, потребуется предварительное .
Перерасход моющих средств
В жесткой воде из обычного мыла (в присутствии ионов кальция) образуются мыльные шлаки - неарстворимиые соединения, не несущие никаких полезных функций. И пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткости воды, образование пены не начнется. Происходит значительный перерасход моющих стредств. После высыхания такие мыльные шлаки остаются в виде налета на сантехнике, белье, человеческой коже и волосах (неприятное чувство «жестких» волос хорошо известное многим).
Негативное воздействие на ткани
Жёсткая вода плохо подходит для стирки и мытья. Почему? При контакте мыла или порошка с жесткой водой катионы солей жесткости (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+) реагируют с анионами жирных кислот, входящими в состав мыла, и образуют малорастворимые соединения, например стеарат кальция Ca(C 17 H 35 COO) 2
. Эти осадки постепенно забивают поры ткани и она перестает пропускать воздух и влагу, волокна становятся грубыми и неэластичными. Цвета изделия тускнеют и приобретают серо-желтый оттенок. Осевшие на ткани «известковые мыла» лишают ее прочности.
Раздражение кожи
При попадании «хлопьев жесткости» на кожу человека происходит разрушение естественной жировой плёнки, которая защищает кожу от неблагоприятного влияния окружающей среды, а также забиваются поры. Признаком такого негативного воздействия является появляющийся после принятия душа характерный «скрип» кожи или волос. На самом деле, вызывающая у некоторых раздражение «мылкость» кожи после пользования мягкой водой - верный признак того, что защитная жировая пленка на коже цела и невредима. Именно она и скользит. Либо пользоваться жёсткой водой и компенсировать нарушение покрытия лосьонами, умягчающими и увлажняющими кремами и прочими хитростями для восстановления той защиты кожи, которой нас и так снабдила природа.
Сокращение срока службы оборудования
При нагревании воды с жесткостью более 4 мг-экв/л на фоне высокой щелочности и уровня pH происходит интенсивное выпадение в осадок карбоната кальция в виде накипи (трубы «зарастают», на нагревательных элементах образуется белый налёт). Именно поэтому нормы Котлонадзора нормируют величину показателя жесткости воды, используемой для подпитки котлов (0.05—0.1 мг-экв/л). Во многих промышленных процессах соли жесткости могут вступить в химическую реакцию, образовав нежелательные промежуточные продукты.
Влияние на здоровье
Всемирная Организация Здравоохранения регламентирует значения жесткости воды по показаниям влияния на здоровье. В материалах организации говорится, что хотя ряд статистических исследований и выявил обратную зависимость между жесткостью питьевой воды и заболеваниями сердечно-сосудистой системы, полученных данных всё же не достаточно для определения причинно-следственной связи между этими явлениями. Так же, не доказательств, что мягкая вода оказывает негативное влияние на баланс микроэлементов в организме человека. Ряд исследований говорит о том, что усвояемость человеком важных минеральных веществ из воды крайне низка, и основную часть их он получает из пищи.
В зависимости от местных условий приемлемая жёсткость для использования воды в качестве питьевой может несколько варьироваться. В некоторых случаях для потребителя приемлема вода с жесткостью выше 10 мг-экв/л. Порог вкуса для иона кальция (в пересчете на мг-эквивалент) находится в диапазоне 2-6 мг-экв/л, в зависимости от соответствующего аниона, а порог вкуса для магния и того ниже. Так, у воды с высокой жёсткостью может наблюдаться горьковатый привкус. А длительное употребление жёсткой воды (как правило сопровождающейся высокой общей минерализацией) приводит к проблемам желудочно-кишечного тракта.
Обратная сторона медали
Необходимо также заметить, что вода с жесткостью менее 2 мг-экв/л обладает низкими буферными свойствами (щелочностью) и может, в зависимости от уровня рН и некоторых других факторов, оказывать повышенное коррозионное воздействие на поверхности труб и отопительный техники. Поэтому в ряде случаев, особенно при в котельных приходиться дополнительно проводить специальную , что позволяет добиться оптимального соотношения между коррозийной активностью воды и её жесткостью.
Различают общую, карбонатную, постоянную и устранимую жесткость.
Общая жесткость - это природное свойство воды, обусловленное наличием так называемых солей жесткости, т.е. всех солей кальция и магния в сырой воде (сульфатов, хлоридов, карбонатов, гидрокарбонатов и др.).
Карбонатная жесткость - это жесткость, обусловленная присутствием гидрокарбонатов и карбонатов Са+ и Mg+, растворенных в сырой воде.
Устранимая, или гидрокарбонатная, жесткость - это жесткость, которую удается устранить при кипячении воды. Она обусловлена гидрокарбонатами Са+ и Mg+, которые во время кипячения воды превращаются в нерастворимые карбонаты, и выпадают в осадок:
Са(НС03)2 = СаС034- + Н2 0 + C 02 î .
Mg(HC03)2 = MgC034- + Н20 + С02Т.
Под постоянной жесткостью понимают жесткость кипяченой воды в течение 1 ч, которая обусловлена наличием хлоридов и сульфатов Са2+ и Mg2+, не выпадающих в осадок.
Сегодня общую жесткость воды выражают в единицах СИ - мг-экв/л. В прошлом пользовались градусами жесткости или "немецкими" градусами (°Н). Было принято, что 1 °Н жесткости отвечает 10 мг СаО в 1 л воды.
Вода с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л (10°) считается мягкой, от 3,5 до 7 мг-экв/л (10-20°) - умеренно жесткой, от 7 до 10 мг-экв/л (20-28°) - жесткой и свыше 10 мг-экв/л (28°) - очень жесткой.
Впервые норматив общей жесткости воды был предложен в 1874 г. в Германии в качестве средней величины жесткости воды водоемов Саксон-Веймарского герцогства. Этот норматив составлял 18-20°, или приблизительно 7 мг-экв/л. Такую же величину рекомендовал и Ф.Ф. Эрисман в 1898 г. Вскоре, принимая во внимание разные местные условия, для некоторых регионов были предложены другие нормативы.
Обосновывая норматив общей жесткости питьевой водопроводной воды, прежде всего необходимо учитывать ее влияние на органолептические свойства. Известно, что значительное содержание солей жесткости, особенно магния сульфата, придает воде горький вкус. Потребители ощущают этот вкус, если общая жесткость воды превышает 7 мг-экв/л. При этом они отказываются от употребления такой воды и изыскивают альтернативные источники водоснаб- жения, вода которых может оказаться небезопасной в эпидемиологическом или токсикологическом отношении.
Чтобы вода не имела горького вкуса интенсивностью выше 2 баллов, ее общая жесткость не должна превышать 7 мг-экв/л. Иначе говоря, доброкачественная вода должна быть мягкой (с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л) или умеренно жесткой (от 3,5 до 7 мг-экв/л). То есть верхний предел общей жесткости питьевой воды - 7 мг-экв/л - установлен на основании ее влияния на орга-нолептические свойства.
Со временем было доказано, что в зависимости от жесткости вода по-разному влияет на здоровье людей. Резкий переход при пользовании от мягкой воды к жесткой, а иногда и наоборот, может вызвать у людей диспепсию, обусловленную прежде всего наличием в воде магния сульфата. В районах с жарким климатом пользование водой с высокой жесткостью приводит к ухудшению течения мочекаменной болезни. Теория об этиологической роли жесткости воды в развитии этого заболевания дала возможность урологам выделить так называемые каменные зоны - территории, на которых уролитиаз можно считать эндемическим заболеванием. Питьевая вода, которой пользуются жители этих зон, характеризуется повышенной жесткостью. Опыты на животных подтвердили, что электролиты, обусловливающие жесткость воды, могут быть одними из этиологических факторов развития уролитиаза.
Соли жесткости нарушают всасывание жиров вследствие их омыления и образования в кишечнике нерастворимых кальциево-магниевых мыл. При этом ограничивается поступление в организм человека эссенциальных веществ - полиненасыщенных жирных кислот, жирорастворимых витаминов, некоторых микроэлементов. В частности, вода с жесткостью свыше 10 мг-экв/л в регионах, эндемичных в отношении гипомикроэлементоза йода (организм человека нуждается как минимум в 120 мкг йода в сутки, оптимально -200 мкг), повышает риск заболевания эндемическим зобом.
Вода с высокой жесткостью способствует развитию дерматита. Механизм этого явления состоит в омылении солями жесткости жиров с образованием нерастворимых в воде кальциево-магниевых мыл, обладающих раздражающим действием.
К тому же надо учитывать, что с повышением жесткости воды усложняется кулинарная обработка пищевых продуктов, а именно: хуже развариваются мясо и бобовые, плохо заваривается чай, образуется накипь на стенках посуды. Кроме того, повышаются расходы мыла, волосы после мытья становятся жесткими, кожа грубеет, ткани желтеют, теряют мягкость, упругость из-за импрегнации кальциево-магниевых мыл.
Однако и очень мягкая вода может отрицательно влиять на организм вследствие уменьшения поступления прежде всего кальция. Известно, что кальций выполняет в организме множество функций, в том числе пластическую: он крайне необходим для остеогенеза и репарации костей (в костях содержится 99% кальция), принимает участие в образовании дентина. Кальций необходим для поддержания нервно-мышечного возбуждения, участвует в процессах свертывания крови, влияет на проницаемость биологических мембран. Суточная потребность взрослого человека в кальции колеблется от 800 до 1100 мг (от 1000 мг/сут в возрасте до 7 лет и почти 1400 мг - в возрасте 14-18 лет). Во время беременности потребность в нем повышается до 1500 мг/сут, во время грудного вскармливания - до 1800-2000 мг/сут.
Потребность человека в кальции удовлетворяется главным образом за счет молока и молочных продуктов. С водой средней жесткости (3,5-7 мг-экв/л, или 10-20°) кальций поступает в организм в количестве, равном приблизительно 15-25% физиологической суточной потребности. Дефицит кальция в организме развивается очень быстро, поскольку выведение его является постоянным и не зависит от поступления. Поэтому длительное пользование мягкой водой, обедненной кальцием, может привести к дефициту его в организме. Установлено, что у детей, которые проживают в районах с мягкой водой (до 3,5 мг-экв/л), на зубной эмали образуются лиловые пятна, которые являются следствием декальцинации дентина. Считают, что уровская болезнь (болезнь Кашина - Бека), которая является эндемическим полигипермикроэлементо-зом стронция, железа, марганца, цинка, фтора, возникает в местностях с низким содержанием кальция в питьевой воде.
В последние годы сформировалась теория, согласно которой вода с низким содержанием электролитов, обусловливающих жесткость, способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. По результатам эпидемиологических исследований была выявлена статистически значимая, хотя и не очень сильная, обратная корреляционная связь между степенью жесткости питьевой воды и уровнем смертности населения от сердечно-сосудистых заболеваний. Однако многокомпонентность водного фактора не дает оснований считать, что смертность вследствие сердечно-сосудистых заболеваний повысилась лишь за счет меньшей жесткости питьевой воды, и окончательно признать наличие корреляционной зависимости. Существенно, что в исследованиях были недостаточно учтены социально-гигиенические факторы, которые, безусловно, являются ведущими в развитии сердечно-сосудистой патологии. Результаты ряда исследований также свидетельствуют о том, что каждый элемент, содержащийся в питьевой воде, проявляет физиологическое действие не сам по себе, а в сочетании с другими. Изучение особенностей сочетанного действия компонентов питьевой воды, физиологических и патофизиологических механизмов ее проявления - новая страница в изучении гигиены воды.
Таким образом, оптимальной является вода средней жесткости, т.е. в пределах 3,5-7 мг-экв/л (10-20°). Жесткая (7-10 мг-экв/л) и очень жесткая (свыше 10 мг-экв/л) вода неприятна на вкус, ее употребление приводит к негативным изменениям в состоянии здоровья. Поэтому доброкачественная питьевая вода должна иметь жесткость, не превышающую 7 мг-экв/л.
Хлориды и сульфаты. Хлориды и сульфаты распространены в природе в виде солей натрия, калия, кальция, магния и других металлов. Они составляют большую часть сухого остатка пресных вод. Наличие хлоридов и сульфатов в воде водоемов может быть обусловлено природными процессами вымывания их из почвы, а также загрязнением водоема различными сточными водами.
Природное содержание хлоридов и сульфатов в воде поверхностных водоемов незначительно и в большинстве случаев колеблется в пределах нескольких десятков миллиграммов на литр. Природное содержание хлоридов в воде в зависимости от условий формирования водоема может быть разным: от десятков до сотен (в условиях солончаковых почв) миллиграммов на литр. В проточных водоемах содержание хлоридов обычно невелико - до 20-30 мг/л. Незагрязненные грунтовые воды в местностях с не солончаковой почвой обычно содержат до 30-50 мг/л хлоридов. В водах, фильтрующихся через солончаковую почву или осадочные породы, может содержаться сотни и даже тысячи миллиграммов хлоридов в 1 л, хотя вода может быть безукоризненной в эпидемиологическом отношении. Поэтому, используя хлориды как показатель эпидемиологической безопасности, необходимо учитывать местные условия формирования качества воды.
Жесткость воды может быть временной и постоянной. Временная появляется при дождевой воды с известняком, образуются двууглекислые соли магния и кальция - гидрокарбонаты. При кипячении они выпадают в осадок и образуют накипь. Вода, имеющая постоянную жесткость, содержит другие магниевые, кальциевые, калиевые и натриевые соединения. При кипячении они не способны выпасть в осадок, их необходимо устранять способом умягчения.
Особенно вредными являются сернокислые и хлористые соли магния: они разлагаются при высокой температуре, выделяя серную и соляную кислоту.
Жесткость воды в России выражается в миллиграмм-эквивалентах на один литр. Мягкая вода имеет 4 мг-экв/л, полужесткая - 4-8 мг-экв/л, жесткая - 8-12 мг-экв/л, очень жесткая - от 12 мг-экв/л. Допустимая предельная жесткости воды централизованного водоснабжения - 7 мг-экв/л.
Жесткую воду не рекомендуется использовать для стирки и мытья посуды, поскольку ткани изнашиваются, а посуда тускнеет. Большой вред такая вода наносит стиральным и посудомоечным машинам, кофеваркам и электрическим чайникам: осаждаясь на нагревательных элементах, соли магния и кальция образуют твердые известковые отложения.
Влияние жесткости воды на организм человека
Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не установила какой-либо величины жесткости по показаниям влияния . Несмотря на то, что исследования выявили обратную между жесткостью воды и сердечно-сосудистыми болезнями, эти данные являются недостаточным для окончательного заключения. Также не доказано, что слишком мягкая вода способна оказывать отрицательное действие на баланс минеральных веществ в организме. Однако высокая жесткость делает воду хуже, придает ей горьковатый вкус, оказывает негативное действие пищеварения, в организме нарушается водно-солевой баланс, могут возникнуть различные аллергические реакции.
В результате использования жесткой воды происходит значительный перерасход моющих средств.
При взаимодействии жесткой воды с моющими веществами (стиральные порошки, мыло, шампуни) «мыльные шлаки», имеющие вид пены. После высыхания эта пена остается в виде на коже , белье, сантехнике. Отрицательное действие подобных шлаков на организм человека тем, что они начинают разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа, забивают поры. Признаком подобного негативного действия является характерный «скрип» чисто вымытых волос или кожи. В этом случае необходимо использование лосьонов, смягчающего и увлажняющего крема.