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.
- 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 .
Одним из наиболее часто задаваемых вопросов жителями города Москвы является вопрос о величине жесткости питьевой воды. Это обусловлено широким распространением в быту посудомоечных и стиральных машин, для которых расчет загрузки моющих средств осуществляется исходя из фактического значения жесткости используемой воды.
Узнать значение жесткости воды по своему адресу вы можете с помощью нашего электронного сервиса
В России жесткость измеряют в "градусах жесткости", а мировые производители используют принятые в своих странах единицы измерения. Поэтому для удобства жителей создан "Калькулятор жесткости", с помощью которого можно перевести значения жесткости из одной системы измерения в другую, чтобы правильно настроить свою бытовую технику.
| Показатель жесткости | Текущая ед.измерения | Требуемая ед.измерения | Результат расчета показателя | |
|---|---|---|---|---|
| = |
Жесткостью называют совокупность свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей, главным образом, кальция и магния ("солей жесткости") . Общая жесткость складывается из временной и постоянной. Временную жесткость можно устранить кипячением воды, что обусловлено свойством некоторых солей выпадать в осадок, образуя так называемую накипь.
Основной фактор, влияющий на величину жесткости – растворение горных пород, содержащих кальций и магний (известняки, доломиты), при прохождении через них природной воды. Поверхностные воды, в целом, более мягкие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая максимума в зимний период. Минимальные величины жесткости типичны для периодов половодья или паводка, когда происходит интенсивное поступление в источники водоснабжения мягких талых или дождевых вод.
Единицы измерения жесткости
В России жесткость измеряют в "градусах жесткости" (1°Ж = 1 мг-экв/л = 1/2 моль/м3). За рубежом приняты другие единицы измерения жесткости воды.
Единицы измерения жесткости
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.
Жесткость воды в некоторых городах мира
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.
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:
- Мягкая вода (менее 2 миллиэквивалентов на литр);
- Нормальная вода (от 2 до 4 миллиэквивалентов на литр);
- Жесткая вода (от 4 до 6 миллиэквивалентов на литр);
- 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:
- Мягкая вода (менее 2 градусов жесткости);
- Вода средней жесткости (от 2 до 10 градусов жесткости);
- 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
- Высокая жесткость способствует росту мочевых камней и развитию мочекаменной болезни. Это связано с накоплением солей, которые просто не успевают выводиться из организма.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- Обилие выпадающих в осадок или накипь солей жесткости, приводит к частым выходом из строя крупных водонагревательных установок, типа бойлеров.
- 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.
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