3 Жесткость воды. Виды жесткости воды и методы её определения
Жесткость – это свойство воды, определенное наличием солей кальция и магния в растворенном виде.
Жесткость воды принято ассоциировать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). На самом деле, все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды. Осадок и накипь (соли жесткости) образуются в результате взаимодействия двухвалентных катионов с анионами. Натрий Na+ - одновалентный катион и не взаимодействует с анионами.
Главные катиониты металлов, с которыми они ассоциируются и вызывают жесткость. Катионы:
Магний (Mg2+);
Кальций (Ca2+);
Железо (Fe2+);
Стронций (Sr2+);
Марганец (Mn2+).
Железо, марганец и стронций оказывают на жесткость небольшое влияние по сравнению с кальцием и магнием. Растворимость Алюминия и трехвалентного Железа маленькая, при уровне pH природной воды, поэтому их влияние на жесткость воды также небольшое.
Виды жесткости воды
Карбонатная жесткость - определена присутствием в воде гидрокарбонатов и карбонатов (при рН>8.3) кальция и магния. Этот тип жесткости воды практически полностью устраняется при кипячении воды, и поэтому получил название временной жесткости. При повышении температуры воды гидрокарбонаты распадаются, в результате образуется угольная кислота и выпадает в осадок карбонат кальция и гидроксид магния.
Некарбонатная жесткость - определена наличием солей кальция и магния кислот (соляной, серной, азотной). При повышении температуры не устраняется.
Общая жесткость - суммарная концентрация ионов магния, кальция. Сумма карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости.
Единицы измерения жесткости
В мире используется несколько единиц измерения жесткости. В РФ принята в качестве единицы жесткости воды - моль на кубический метр (моль/м3 или мг-экв/м3).
Влияние жесткости на качество воды
Для питьевого применения жесткость воды может варьироваться в зависимости от местных условий. Порог по кальцию 2-6 мг-экв/л, в зависимости от аниона. Порог магния чуть ниже. В определенных случаях вкус воды приемлем и при 10 мг-экв/л. Большая жесткость ухудшает органолептические качества воды, придает ей горьковатый вкус и оказывает отрицательное действие на органы пищеварения.
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 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.
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 иногда приходится проводить специальную обработку воды с целью достижения оптимального соотношения между жесткостью воды и ее коррозионной активностью.
Влияние жесткости воды на увлажняющий раствор в офсетной печати
Недостатком водопроводной воды, используемой для увлажняющего раствора, иногда является излишняя жесткость. Жесткость зависит от количественного содержания солей соединений кальция и магния в воде. Показатель жесткости зависит от геологических характеристик нижних слоев почвы и поэтому может отличаться в различных географических зонах. Если вы не имеете необходимого оборудования для измерения, жесткость воды можно узнать в местной лаборатории по исследованию воды (такие лаборатории есть в каждом городе). Жесткость измеряется в DH, соответствующему градусу жесткости по немецкой шкале. В зависимости от содержания солей кальция и магния различают несколько степеней жесткости воды: от очень мягкой до очень жесткой. Как показывает практика, вода с жесткостью примерно 5-12 DH не нарушает процесса офсетной печати.
Жесткость воде придает высокий процент содержания гидрокарбоната кальция. Это вещество может негативно влиять на процесс печати. Гидрокарбонат кальция образует нерастворимый известковый осадок белого цвета, который оседает на тех частях машины, куда попадает увлажняющий раствор. Кроме того, ионы кальция и магния часто вступают в реакцию с жирными кислотами, образуя мыла, которое могут оседать в виде белого слоя на офсетной форме, накатных валиках, а также на валиках системы увлажнения, что создает эффект глазирования. Проблемы при печатании могут быть вызваны также оседанием кальция и их скапливанием на офсетной резине и печатной форме. Химический состав концентратов увлажнения подобран таким образом, чтобы обеспечить максимальную растворимость ионов кальция и магния. Сами вещества, содержащиеся в увлажнении, не могут изменить значение показателя жесткости воды, тем не менее, химический состав их подобран таким образом, чтобы свести к минимуму негативное влияние жесткой воды на качество печати. Обычно одни и те же добавки помогают стабилизировать и кислотность, и жесткость воды. При использовании воды с максимальной жесткостью более 12 DH рекомендуется установить в типографии аппарат для смягчения или деминерализации (в качестве такового подойдет обычный дистиллятор). Также возможно смягчать воду путем ее кипячения и отстаивания.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Экология и безопасность жизнедеятельности: учебное пособие для вузов/Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравья – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.
Одум Ю. Экология. В двух томах: пер. с англ. – М.: Мир, 1986.
Рекус И.Г., Шорина О.С. Основы экологии и рационального
природопользования – М.: МГУП, 2001.
Сухарева А.И. Охрана окружающей среды. Справочное пособие для полиграфистов – М.: Книга, 1984. – 208с.
Аникина К.А. Организация полиграфического производства – М.: МПИ «Мир книги», 1992. – 267с.
Миронова Г.В., Осипова Г.И. Организация полиграфического производства. Конспект лекций – М.: МГУП, 2003. – 322с.