Жорсткість води- це сукупність хімічних та фізичних властивостей води, пов'язаних із вмістом у ній розчинених солей лужноземельних металів, головним чином, кальцію та магнію (так званих «солей жорсткості»).
Солі жорсткостімають різні властивості. Так, при нагріванні води деякі з них випадають в осад у вигляді накипу, а деякі - не випадають. За цією ознакою їх і почали поділяти.
Солі, що випадають в осад, почали називати солями тимчасової (або усувної) жорсткості, а солі, які не випадають в осад при нагріванні води, солями постійної твердості.
Сульфати, хлориди та нітрати магнію та кальцію, розчинені у воді, утворюють постійну (або некарбонатну) жорсткість.Вони випадають в осад виключно при повному випаровуванні води.
Тимчасова жорсткістьхарактеризується присутністю у воді поряд з катіонами Ca2+, Mg2+ та Fe2+ гідрокарбонатних, або бікарбонатних аніонів (HCO3-).
При кип'ятінні води гідрокарбонати розкладаються, утворюючи дуже погано розчинний карбонат кальцію, вуглекислий газ та воду:
Ca2+ + 2HCO3- = CaCO3↓ + H2O + CO2
Загальна жорсткістьскладається з постійної та тимчасової.
У цій таблиці наведені основні катіони металів, що викликають жорсткість, і основні аніони, з якими асоціюються.
На практиці стронцій, залізо і марганець мають на жорсткість такий невеликий вплив, що ними, як правило, нехтують. Алюміній (Al3+) та тривалентне залізо (Fe3+) також впливають на жорсткість, але при рівнях рН, що зустрічаються в природних водах, їх розчинність і, відповідно, «вклад» у жорсткість мізерно малі. Аналогічно, не враховується і незначний вплив барію (2+).
Жорсткість води - походження
Іони кальцію (Ca 2+) та магнію (Mg 2+), а також інших лужноземельних металів, що зумовлюють жорсткість, присутні у всіх мінералізованих водах. Їх джереломє природні поклади вапняків, гіпсу та доломітів. Іони кальцію та магнію надходять у воду в результаті взаємодії розчиненого діоксиду вуглецю з мінералами та при інших процесах розчинення та хімічного вивітрювання гірських порід. Джерелом цих іонів можуть бути мікробіологічні процеси, що протікають у грунтах на площі водозбору, в донних відкладах, а також стічні води різних підприємств.
Зазвичай у маломінералізованих водах переважає (до 70%-80%) жорсткість, обумовлена іонами кальцію (хоча в окремих випадках магнієва жорсткість може досягати 50-60%). Зі збільшенням ступеня мінералізації води вміст іонів кальцію (Са2+) швидко падає та рідко перевищує 1 г/л. Вміст же іонів магнію (Mg2+) у високомінералізованих водах може сягати кількох грамів, а солоних озерах — десятків грамів однією літр води.
В цілому, жорсткість поверхневих вод, як правило, менша за жорсткість вод підземних. Жорсткість поверхневих вод схильна до помітних сезонних коливань, досягаючи зазвичай найбільшого значення в кінці зими і найменшого в період повені, коли рясно розбавляється м'якою дощовою та талою водою. Морська та океанська вода мають дуже високу жорсткість (десятки та сотні мг-екв/дм3).
Жорсткість води - одиниці виміру
З 1 січня 2014 року в Росії запроваджено міждержавний стандарт ГОСТ 31865-2012 «Вода. Одиниця жорсткості». За новим ГОСТом жорсткість виявляється у градусах жорсткості (°Ж).
1 °Жвідповідає концентрації лужноземельного елемента, чисельно рівної 1/2 його мілімолю на літр (1 ° Ж = 1 мг-екв/л).У різних країнах використовувалися (іноді використовуються досі) різні позасистемні одиниці – градуси жорсткості.
За кордоном прийнято інші одиниці виміру жорсткості води, співвідношення цих одиниць представлено в таблиці:
1°Ж = 20,04 мг Ca 2 + або 12,15 Mg 2 + 1 дм 3 води;
1°DH = 10 мг CaO 1 дм 3 води;
1°Clark = 10 мг CaCO 3 0,7 дм 3 води;
1°F = 10 мг CaCO 3 1 дм 3 води;
1 ppm = 1 мг CaCO 3 1 дм 3 води.
Чисельні значення жорсткості виміряні в мг-екв/л, моль/м 3 і °Ж, незважаючи на відмінності в позначенні, рівні між собою.
За значенням загальної жорсткості природні води поділяють на групи:
- дуже м'яка вода (0-1,5 мг-екв/л)
- м'яка вода (1,5-4 мг-екв/л)
- вода середньої жорсткості (4-8 мг-екв/л)
- тверда вода (8-12 мг-екв/л)
- дуже жорстка вода (понад 12 мг-екв/л).
Російські нормативні документи (СанПіН 2.1.4.1074-01 та ДН 2.1.5.1315-03) для питної води регламентують:
кальцій – норматив не встановлено; магній – не більше 50 мг/л; жорсткість - трохи більше 7°Ж.
- жорсткоюназивається вода з великим вмістом солей,
- м'якоюз малим змістом
- тимчасова (карбонатна) жорсткість, - обумовлена гідрокарбонатами кальцію та магнію Са(НСО 3) 2 ; Mg(НСО 3) 2 ,
- постійна (некарбонатна) жорсткість - викликану присутністю інших солей, що не виділяються при кип'ятінні води: в основному, сульфатіві хлоридівСа та Mg (CaSO 4 , CaCl 2 , MgSO 4 , MgCl 2).
Норми жорсткості води - у 99,99% випадків йдеться про тимчасову жорсткість, дані ВСТ:
|
Жорсткість води, прийнята в РФ |
Жорсткість води за нормами США |
||||||||
|
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
°Ж = |
ppm = мг/л |
gpg |
||||
|
1. М'яка вода |
< 5,608 °dGH |
М'яка вода = Soft water |
< 3,361 °dGH |
||||||
|
2. Вода середньої жорсткості |
5,608 - 28,04 °dGH |
Вода середньої жорсткості = Moderate hardness water |
3,361 - 6,724 °dGH |
||||||
|
3. Жорстка вода |
Жорстка вода = Hard hardness water |
6,724-10,085 °dGH |
|||||||
|
Дуже тверда вода = Very Hard hardness water |
> 10,085 °dGH |
||||||||
Порівняння прийнятих норм жорсткості води в Росії та Європі (Німеччині), дані Еколайн:
Жорсткість води у деяких містах світу- дані МВК – невідомої достовірності:)
| Жорсткість, °Ж | Кальцій, мг/л | Магній, мг/л | |
|---|---|---|---|
| Москва | 2,0-5,5 | 46 | 11 |
| Париж | 5,0-6,0 | 90 | 6 |
| Берлін | 5,0-8,8 | 121 | 12 |
| Нью-Йорк | 0,3-0,4 | 6 | 1 |
| Сідней | 0,2-1,3 | 15 | 4 |
- Рекомендації всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ) для питної води:
- кальцій – 20-80 мг/л; магній – 10-30 мг/л. Для жорсткості будь-якої рекомендованої величини не пропонується. Московська питна вода за даними показниками відповідає рекомендаціям ВООЗ.
- Російські нормативні документи (СанПіН 2.1.4.1074-01 та ДН 2.1.5.1315-03) для питної води регламентують:
- кальцій – норматив не встановлений; магній – не більше 50 мг/л; жорсткість - трохи більше 7°Ж.
- Норматив фізіологічної повноцінності бутильованої води (СанПіН 2.1.4.1116-02):
- кальцій – 25-130 мг/л; магній – 5-65 мг/л; жорсткість – 1,5-7°Ж.
- За вмістом кальцію та магнію бутильована вода вищої категорії офіційно нічим не краща за воду з-під крана.
Переклад одиниць та градусів жорсткості води - у 99,99% випадків йдеться про тимчасову жорсткість:
| °Ж = 1 мг-екв/л |
mmol/L | ppm, mg/L | dGH, °dH | gpg | °e, °Clark | °fH | |
| 1 російський °Ж = 1 мг-екв/л це: | 1 | 0,5 | 50,05 | 2,804 | 2,924 | 3,511 | 5,005 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 ммоль/л = mmol/L це: | 2 | 1 | 100.1 | 5.608 | 5.847 | 7.022 | 10.01 |
| 1 американський° ppm w = mg/L = American degre: | 0,01998 | 0.009991 | 1 | 0.05603 | 0.05842 | 0.07016 | 0.1 |
| 1 німецька° dGH, °dH це: | 0,3566 | 0.1783 | 17.85 | 1 | 1.043 | 1.252 | 1.785 |
| 1 американська популярна од. gpg це: |
0,342 | 0.171 | 17.12 | 0.9591 | 1 | 1.201 | 1.712 |
| 1 англійська °e, °Clark це: | 0,2848 | 0.1424 | 14.25 | 0.7986 | 0.8327 | 1 | 1.425 |
| 1 французький °fH це: | 0,1998 | 0.09991 | 10 | 0.5603 | 0.5842 | 0.7016 | 1 |
| Приклад: 1 ° Ж = 50,05 ppm | |||||||
- американські градуси жорсткості води, Увага тут два пункти:
- gpg = Grains per Gallon: 1 (0.0648 г) CaCO 3 за 1 (3.785 л) води. Поділивши грами на літри одержуємо: 17.12 мг/л СаСО 3 - це " американський градус " , але дуже вживана у штатах величина жорсткості води.
- американський градус = w = mg/L = American degre: 1 частина CaCO 3 у 1000000 частин води 1мг/л CaCO 3
- англійські градуси жорсткості води = °e = °Clark: 1 (0.0648 г) за 1 (4.546) л води = 14.254 мг/л CaCO 3
- французькі градуси жорсткості води (°fH або °f)(fh): 1 частина CaCO 3 - 100000 частин води, або 10 мг/л CaCO 3
- німецькі градуси жорсткості води = °dH (deutsche Härte = "німецька жорсткість" може бути °dGH (загальна жорсткість) або °dKH (для карбонатної жорсткості)): 1 частина оксиду кальцію - СаО в 100000 частин води, або 0.719 частин оксиду MgO у 100000 частин води, що дає 10 мг/л СаО або 7.194 мг/л MgO
- російський (РФ) градус жорсткості води °Ж = 1 мг-екв/л:відповідає концентрації лужноземельного елемента, чисельно рівної 1/2 його мілімолю на літр, що дає 50,05 мг/л CaCO 3 or 20.04 мг/л Ca2+
- ммоль/л = mmol/L: відповідає концентрації лужноземельного елемента, чисельно 100.09 мг/л CaCO 3 or 40.08 мг/л Ca2+
Методи усунення жорсткості води
- Термозм'якшення. Заснований на кип'ятінні води, в результаті термічно нестійкі гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються з утворенням накипу:
- Ca(HCO 3)2 → CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O.
- Кип'ятіння усуває лише тимчасову (карбонатну) жорсткість. Знаходить застосування у побуті.
- Реагентне пом'якшення. Метод заснований на додаванні у воду кальцинованої соди Na2CO3 або гашеного вапна Ca(OH)2. При цьому солі кальцію та магнію переходять у нерозчинні сполуки та, як наслідок, випадають в осад. Наприклад, додавання гашеного вапна призводить до переведення солей кальцію в нерозчинний карбонат:
- Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 → 2CaCO 3 ↓ + 2H 2 O
- Найкращим реагентом для усунення загальної жорсткості води є ортофосфат натрію Na3PO4, який входить до складу більшості препаратів побутового та промислового призначення:
- 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
- Ортофосфати кальцію та магнію дуже погано розчиняються у воді, тому легко відокремлюються механічним фільтруванням. Цей метод виправданий при відносно високих витратах води, оскільки пов'язаний з вирішенням низки специфічних проблем: фільтрації осаду, точного дозування реагенту.
- Катіонування. Метод заснований на використанні іонообмінного гранульованого завантаження (найчастіше іонообмінні смоли). Таке завантаження при контакті з водою поглинає катіони солей жорсткості (кальцій та магній, залізо та марганець). Натомість, залежно від іонної форми, віддає іони натрію чи водню. Ці методи відповідно називаються Na-катіонування та Н-катіонування.
- При правильно підібраному іонообмінному завантаженні жорсткість води знижується при одноступінчастому натрій-катіонуванні до 0,05-0,1 °Ж, при двоступінчастому - до 0,01 °Ж.
- У промисловості за допомогою іонообмінних фільтрів замінюють іони кальцію та магнію на іони натрію та калію, отримуючи м'яку воду.
- Зворотний осмос. Метод ґрунтується на проходженні води через напівпроникні мембрани (як правило, поліамідні). Разом із солями твердості видаляється і більшість інших солей. Ефективність очищення може досягати 99,9%.
- Розрізняють нанофільтрацію (умовний діаметр отворів мембрани дорівнює одиницям нанометрів) та пікофільтрацію (умовний діаметр отворів мембрани дорівнює одиницям пікометрів).
- Як недоліки даного методу слід зазначити:
- - необхідність попередньої підготовки води, що подається на зворотноосмотичну мембрану;
- - відносно висока вартість 1 л води, що одержується (дорогое обладнання, дорогі мембрани);
- - Низьку мінералізацію одержуваної води (особливо при пікофільтрації). Вода стає практично дистильованою.
- Електродіаліз. Заснований на видаленні води солей під дією електричного поля. Видалення іонів розчинених речовин відбувається за рахунок спеціальних мембран. Так само як і при використанні технології зворотного осмосу, відбувається видалення інших солей, крім іонів жорсткості.
- Дистиляція:Повністю очистити воду від солей жорсткості можна дистиляцією.
Ступінь жорсткості води обумовлюється наявністю у воді іонів кальцію (Са 2+), магнію (Мg 2+), стронцію (Sr 2+), барію (2+), заліза (Fе 2+), марганцю (Мn 2+). Причому вміст іонів кальцію і магнію значно перевищують концентрації інших перелічених іонів разом узятих. Тому в Росії прийнято визначати значення жорсткості як суму іонів кальцію і магнію, що містяться у воді, виражену в міліграм-еквівалентах на літр (мг-екв/л). Один мг-екв/л відповідає вмісту у літрі води 20,04 мг Са 2+ або 12,16 мг Мg 2+ .
Розрізняють карбонатну (тимчасову, що усувається кип'ятінням) і некарбонатну (постійну) жорсткість. Карбонатна жорсткість обумовлена наявністю у воді гідрокарбонатів кальцію та магнію, некарбонатна – присутністю сульфатів, хлоридів, силікатів, нітратів та фосфатів цих металів.
Тимчасова жорсткість називається тому, що при кип'ятінні гідрокарбонати кальцію і магнію розкладаються, і випадають в осад у вигляді карбонатів. Хімічна реакція цього процесу виглядає так: 
Ca(HCO 3) 2 ― t про С → CaCO 3↓ + H 2 O + CO 2
Mg(HCO 3) 2 ― t про С → CaCO 3↓ + H 2 O + CO 2
Випадаючий осад утворює наліт (так званий накип) на стінках посуду, в якому кип'ятиться вода. Після кип'ятіння та випадання гідрокарбонатів в осад вода стає більш «м'якою».
Постійна жорсткість обумовлена наявністю у воді стійких хімічних сполук сульфатів, хлоридів, силікатів та деяких інших солей кальцію та магнію, які при кип'ятінні в осад не випадають і не видаляються. Сума тимчасової та постійної жорсткості дає загальну жорсткість води.
Загальна жорсткість води, нормативи
Світова практика контролю якості споживаної води (норми Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), норми Європейського Союзу (ЄС), стандарти ISO, а також нормативи США) не нормують жорсткість питної води - лише окремо вміст у воді іонів кальцію та магнію. За російськими нормами () жорсткість має перевищувати 7 мг-экв/л. Що відбувається при перевищенні цього значення? Виявляється, що при жорсткості води вище 7 мг-екв/л значно збільшується швидкість заростання вапняними відкладеннями труб, що зменшує їх термін служби і збільшує експлуатаційні витрати. А при дуже низькій жорсткості води набуває сильних корозійних властивостей. Активне використання пластику та металопластику останнім часом дозволяє зняти обмеження на використання м'якої води.
Загальна жорсткість води, класифікації
Класифікації природної води за рівнем жорсткості різняться у різних країнах, і навіть можуть підрозділятися залежно від цілей використання води.
Найзагальніша класифікація виглядає так:
За американською класифікацією питна вода вважається «м'якою» при вмісті солей жорсткості менше 2 мг-екв/л, нормальної – від 2 до 4 мг-екв/л, жорсткої – від 4 до 6 мг-екв/л, і дуже жорсткої – понад 6 мг-екв/л. Варто зауважити, що така класифікація справедлива для води, що використовується для потреб. Вода, що знаходиться в системах гарячого водопостачання та контактує з будь-якими нагрівальними елементами, для нормального функціонування системи повинна бути м'якшою. Тут не обійтися без установки, зокрема. При цьому, якщо вода надходить з приватної свердловини, швидше за все, буде потрібно попереднє.
Перевитрата миючих засобів
У твердій воді зі звичайного мила (у присутності іонів кальцію) утворюються мильні шлаки - неарстворімі сполуки, що не несуть жодних корисних функцій. І поки в такий спосіб не усунеться вся кальцієва жорсткість води, утворення піни не почнеться. Відбувається значне перевитрата миючих засобів. Після висихання такі мильні шлаки залишаються у вигляді нальоту на сантехніці, білизні, людській шкірі та волоссі (неприємне почуття «жорсткого» волосся добре відоме багатьом).
Негативний вплив на тканини
Жорстка вода погано підходить для прання та миття. Чому? При контакті мила або порошку з твердою водою катіони солей твердості (Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 2+) реагують з аніонами жирних кислот, що входять до складу мила, і утворюють малорозчинні сполуки, наприклад, стеарат кальцію Ca(C 17 H 35 COO) 2. Ці опади поступово забивають пори тканини і вона перестає пропускати повітря та вологу, волокна стають грубими та нееластичними. Кольори виробу тьмяніють і набувають сіро-жовтого відтінку. «Вапняні мила», що осіли на тканині, позбавляють її міцності.
Подразнення шкіри
При попаданні «пластів жорсткості» на шкіру людини відбувається руйнування природної жирової плівки, яка захищає шкіру від несприятливого впливу навколишнього середовища, а також забиваються пори. Ознакою такого негативного впливу є характерний «скрип» шкіри або волосся, що з'являється після прийняття душу. Насправді, що викликає у деяких подразнення «милкість» шкіри після користування м'якою водою - вірна ознака того, що захисна жирова плівка на шкірі ціла і неушкоджена. Саме вона й ковзає. Або користуватися твердою водою і компенсувати порушення покриття лосьйонами, пом'якшуючими і зволожуючими кремами та іншими хитрощами для відновлення того захисту шкіри, який нас і так забезпечила природа.
Скорочення терміну служби обладнання
При нагріванні води з жорсткістю понад 4 мг-екв/л на тлі високої лужності та рівня pH відбувається інтенсивне випадання в осад карбонату кальцію у вигляді накипу (труби «заростають», на нагрівальних елементах утворюється білий наліт). Саме тому норми Котлоннагляду нормують величину показника жорсткості води, що використовується для живлення котлів (0.05-0.1 мг-екв/л). Багато промислових процесах солі жорсткості можуть вступити у хімічну реакцію, утворивши небажані проміжні продукти.
Вплив здоров'я
Всесвітня Організація Охорони Здоров'я регламентує значення жорсткості води за показаннями впливу на здоров'я. У матеріалах організації говориться, що хоча ряд статистичних досліджень і виявив зворотну залежність між жорсткістю питної води та захворюваннями серцево-судинної системи, отриманих даних все ж таки не достатньо для визначення причинно-наслідкового зв'язку між цими явищами. Так само, не доказів, що м'яка вода негативно впливає на баланс мікроелементів в організмі людини. Ряд досліджень говорить про те, що засвоюваність людиною важливих мінеральних речовин із води вкрай низька, і основну частину їх вона отримує з їжі.
Залежно від місцевих умов прийнятна жорсткість для використання води як питна може дещо змінюватись. У деяких випадках для споживача прийнятна вода з твердістю вище 10 мг-екв/л. Поріг смаку для іона кальцію (у перерахунку на мг-еквівалент) знаходиться в діапазоні 2-6 мг-екв/л, залежно від відповідного аніону, а поріг смаку для магнію ще нижче. Так, у води з високою жорсткістю може спостерігатися гіркий присмак. А тривале вживання жорсткої води (як правило, що супроводжується високою загальною мінералізацією) призводить до проблем шлунково-кишкового тракту.
Зворотний бік медалі
Необхідно також помітити, що вода з жорсткістю менше 2 мг-екв/л має низькі буферні властивості (лужність) і може, залежно від рівня рН та деяких інших факторів, надавати підвищену корозійну дію на поверхні труб та опалювальної техніки. Тому в ряді випадків, особливо при котельнях доводиться додатково проводити спеціальну , що дозволяє домогтися оптимального співвідношення між корозійною активністю води і її жорсткістю.
Розрізняють загальну, карбонатну, постійну та усувну жорсткість.
Загальна жорсткість- це природне властивість води, обумовлене наявністю про солей жорсткості, тобто. всіх солей кальцію та магнію у сирій воді (сульфатів, хлоридів, карбонатів, гідрокарбонатів та ін.).
Карбонатна жорсткість - це жорсткість, обумовлена присутністю гідрокарбонатів та карбонатів Са+ та Mg+, розчинених у сирій воді.
Усувна, або гідрокарбонатна, жорсткість - це жорсткість, яку вдається усунути під час кип'ятіння води. Вона обумовлена гідрокарбонатами Са+ та Mg+, які під час кип'ятіння води перетворюються на нерозчинні карбонати, і випадають в осад:
Са(НС03)2 = СаС034- + Н20 + C02 î.
Mg(HC03)2 = MgC034- + Н20 + С02Т.
Під постійною жорсткістю розуміють жорсткість кип'яченої води протягом 1 години, яка обумовлена наявністю хлоридів і сульфатів Са2+ і Mg2+, які не випадають в осад.
Сьогодні загальну жорсткість води виражають у одиницях СІ – мг-екв/л. У минулому користувалися градусами жорсткості чи "німецькими" градусами (°Н). Прийняли, що 1 °Н жорсткості відповідає 10 мг СаО в 1 л води.
Вода із загальною жорсткістю до 3,5 мг-екв/л (10°) вважається м'якою, від 3,5 до 7 мг-екв/л (10-20°) – помірно жорсткою, від 7 до 10 мг-екв/л (20-28 °) - жорсткої та понад 10 мг-екв/л (28 °) - дуже жорсткої.
Вперше норматив загальної жорсткості води був запропонований у 1874 р. у Німеччині як середня величина жорсткості води водойм Саксон-Веймарського герцогства. Цей норматив становив 18-20 °, або приблизно 7 мг-екв/л. Таку саму величину рекомендував і Ф.Ф. Ерісман в 1898 р. невдовзі, беручи до уваги різні місцеві умови, деяких регіонів було запропоновано інші нормативи.
Обґрунтовуючи норматив загальної жорсткості питної водопровідної води, насамперед необхідно враховувати її вплив на органолептичні властивості. Відомо, що значний вміст солей жорсткості, особливо сульфату магнію, надає воді гіркий смак. Споживачі відчувають цей смак, якщо загальна жорсткість води перевищує 7 мг-екв/л. При цьому вони відмовляються від вживання такої води та вишукують альтернативні джерела водопостачання, вода яких може виявитися небезпечною в епідеміологічному чи токсикологічному відношенні.
Щоб вода не мала гіркого смаку інтенсивністю понад 2 бали, її загальна жорсткість не повинна перевищувати 7 мг-екв/л. Інакше висловлюючись, доброякісна вода має бути м'якою (із загальною жорсткістю до 3,5 мг-экв/л) чи помірковано жорсткою (від 3,5 до 7 мг-экв/л). Тобто верхня межа загальної жорсткості питної води - 7 мг-екв/л - встановлена на підставі її впливу на органолептичні властивості.
Згодом було доведено, що залежно від жорсткості вода по-різному впливає здоров'я людей. Різкий перехід при користуванні від м'якої води до жорсткої, а іноді і навпаки, може викликати у людей диспепсію, зумовлену насамперед наявністю у воді сульфату магнію. У районах зі спекотним кліматом користування водою з високою жорсткістю призводить до погіршення перебігу сечокам'яної хвороби. Теорія про етіологічну роль жорсткості води у розвитку цього захворювання дала можливість урологам виділити так звані кам'яні зони – території, на яких уролітіаз можна вважати ендемічним захворюванням. Питна вода, якою користуються жителі цих зон, характеризується підвищеною твердістю. Досліди на тваринах підтвердили, що електроліти, що обумовлюють жорсткість води, можуть бути одними з етіологічних факторів розвитку уролітіазу.
Солі жорсткості порушують всмоктування жирів внаслідок їхнього омилення та утворення в кишечнику нерозчинних кальцієво-магнієвих мил. При цьому обмежується надходження в організм людини есенціальних речовин – поліненасичених жирних кислот, жиророзчинних вітамінів, деяких мікроелементів. Зокрема, вода з жорсткістю понад 10 мг-екв/л у регіонах, ендемічних щодо гіпомікроелементозу йоду (організм людини потребує щонайменше 120 мкг йоду на добу, оптимально -200 мкг), підвищує ризик захворювання на ендемічний зоб.
Вода із високою жорсткістю сприяє розвитку дерматиту. Механізм цього явища полягає в омиленні солями жорсткості жирів з утворенням нерозчинних у воді кальцієво-магнієвих мил, що мають подразнювальну дію.
До того ж треба враховувати, що з підвищенням жорсткості води ускладнюється кулінарна обробка харчових продуктів, а саме: гірше розварюються м'ясо та бобові, погано заварюється чай, утворюється накип на стінках посуду. Крім того, підвищуються витрати мила, волосся після миття стає жорстким, шкіра грубіє, тканини жовтіють, втрачають м'якість, пружність через імпрегнацію кальцієво-магнієвих мил.
Однак і дуже м'яка вода може негативно впливати на організм внаслідок зменшення надходження насамперед кальцію. Відомо, що кальцій виконує в організмі безліч функцій, у тому числі пластичну: вкрай необхідний для остеогенезу та репарації кісток (у кістках міститься 99% кальцію), бере участь в утворенні дентину. Кальцій необхідний підтримки нервово-м'язового збудження, бере участь у процесах згортання крові, впливає проникність біологічних мембран. Добова потреба дорослої людини в кальції коливається від 800 до 1100 мг (від 1000 мг на добу у віці до 7 років та майже 1400 мг – у віці 14-18 років). Під час вагітності потреба у ньому підвищується до 1500 мг на добу, під час грудного вигодовування – до 1800-2000 мг на добу.
Потреба людини у кальції задовольняється головним чином з допомогою молока і молочних продуктів. З водою середньої жорсткості (3,5-7 мг-екв/л, або 10-20 °) кальцій надходить в організм у кількості, що дорівнює приблизно 15-25% фізіологічної добової потреби. Дефіцит кальцію в організмі розвивається дуже швидко, оскільки його виведення є постійним і не залежить від надходження. Тому тривале користування м'якою водою, збідненою кальцієм може призвести до дефіциту його в організмі. Встановлено, що у дітей, які мешкають у районах з м'якою водою (до 3,5 мг-екв/л), на зубній емалі утворюються лілові плями, які є наслідком декальцинації дентину. Вважають, що рівська хвороба (хвороба Кашина – Бека), яка є ендемічним полігіпермікроелементозом стронцію, заліза, марганцю, цинку, фтору, виникає в місцевостях з низьким вмістом кальцію в питній воді.
Останніми роками сформувалася теорія, за якою вода з низьким вмістом електролітів, що зумовлюють жорсткість, сприяє розвитку серцево-судинних захворювань. За результатами епідеміологічних досліджень було виявлено статистично значущий, хоч і не дуже сильний, зворотний кореляційний зв'язок між ступенем жорсткості питної води та рівнем смертності населення від серцево-судинних захворювань. Однак багатокомпонентність водного фактора не дає підстав вважати, що смертність внаслідок серцево-судинних захворювань підвищилася лише за рахунок меншої жорсткості питної води, та остаточно визнати наявність кореляційної залежності. Істотно, що в дослідженнях були недостатньо враховані соціально-гігієнічні фактори, які, безумовно, є провідними у розвитку серцево-судинної патології. Результати низки досліджень також свідчать, що кожен елемент, що міститься в питній воді, проявляє фізіологічну дію не сам по собі, а в поєднанні з іншими. Вивчення особливостей поєднаної дії компонентів питної води, фізіологічних та патофізіологічних механізмів її прояву – нова сторінка у вивченні гігієни води.
Отже, оптимальною є вода середньої жорсткості, тобто. в межах 3,5-7 мг-екв/л (10-20 °). Жорстка (7-10 мг-екв/л) та дуже жорстка (понад 10 мг-екв/л) вода неприємна на смак, її вживання призводить до негативних змін у стані здоров'я. Тому доброякісна питна вода повинна мати жорсткість, яка не перевищує 7 мг-екв/л.
Хлориди та сульфати. Хлориди та сульфати поширені у природі у вигляді солей натрію, калію, кальцію, магнію та інших металів. Вони становлять більшу частину сухого залишку прісних вод. Наявність хлоридів та сульфатів у воді водойм може бути обумовлено природними процесами вимивання їх з ґрунту, а також забрудненням водойми різними стічними водами.
Природний вміст хлоридів і сульфатів у воді поверхневих водойм незначно і здебільшого коливається в межах кількох десятків міліграмів на літр. Природний вміст хлоридів у воді залежно від умов формування водоймища може бути різним: від десятків до сотень (в умовах солончакових ґрунтів) міліграмів на літр. У проточних водоймах вміст хлоридів зазвичай невеликий - до 20-30 мг/л. Незабруднені ґрунтові води в місцевостях із не солончаковим ґрунтом зазвичай містять до 30-50 мг/л хлоридів. У водах, що фільтруються через солончаковий ґрунт або осадові породи, може міститися сотні і навіть тисячі міліграмів хлоридів в 1 л, хоча вода може бути бездоганною в епідеміологічному відношенні. Тому, використовуючи хлориди як показник епідеміологічної безпеки, необхідно враховувати місцеві умови формування якості води.
Жорсткість води може бути тимчасовою та постійною. Тимчасова з'являється при дощовій воді з вапняком, утворюються двовуглекислі солі магнію та кальцію – гідрокарбонати. При кип'ятінні вони випадають в осад і утворюють накип. Вода, що має постійну жорсткість, містить інші магнієві, кальцієві, калієві та натрієві сполуки. При кип'ятінні вони не здатні випасти в осад, їх необхідно усувати способом пом'якшення.
Особливо шкідливими є сірчанокислі та хлористі солі магнію: вони розкладаються при високій температурі, виділяючи сірчану та соляну кислоту.
Жорсткість води у Росії виявляється у міліграм-еквівалентах однією літр. М'яка вода має 4 мг-екв/л, напівжорстка – 4-8 мг-екв/л, жорстка – 8-12 мг-екв/л, дуже жорстка – від 12 мг-екв/л. Допустима гранична жорсткість води централізованого водопостачання - 7 мг-екв/л.
Жорстку воду не рекомендується використовувати для прання та миття посуду, оскільки тканини зношуються, а посуд тьмяніє. Велику шкоду така вода завдає пральним та посудомийним машинам, кавоваркам та електричним чайникам: осаджуючи на нагрівальних елементах, солі магнію та кальцію утворюють тверді вапняні відкладення.
Вплив жорсткості води на організм людини
Всесвітня Організація Охорони Здоров'я (ВООЗ) не встановила жодної величини жорсткості за показаннями впливу. Незважаючи на те, що дослідження виявили зворотну між жорсткістю води та серцево-судинними хворобами, ці дані є недостатнім для остаточного висновку. Також не доведено, що занадто м'яка вода здатна негативно впливати на баланс мінеральних речовин в організмі. Однак висока жорсткість робить воду гіршою, надає їй гіркуватий смак, негативно впливає на травлення, в організмі порушується водно-сольовий баланс, можуть виникнути різні алергічні реакції.
Внаслідок використання жорсткої води відбувається значний перевитрата миючих засобів.
При взаємодії жорсткої води з миючими речовинами (пральні порошки, мило, шампуні) мильні шлаки, що мають вигляд піни. Після висихання ця піна залишається у вигляді на шкірі, білизні, сантехніці. Негативна дія подібних шлаків на організм людини тим, що вони починають руйнувати природну жирову плівку, якою покрита шкіра, забивають пори. Ознакою подібної негативної дії є характерний «скрип» чисто вимитого волосся чи шкіри. У цьому випадку необхідне використання лосьйонів, пом'якшувального та зволожуючого крему.