Карбонатная жесткость и общая жесткость воды в чем разница
Перейти к содержимому

Карбонатная жесткость и общая жесткость воды в чем разница

  • автор:

Постоянная и временная жесткость воды

Нет для человеческого организма важнее соединения на Земле, чем пресная вода. Без него невозможно существование жизни. Этот ресурс незаменим в промышленности, быту и сельском хозяйстве. Здоровье человека напрямую зависит от состава питьевой воды. По данным ВОЗ, 92% всех заболеваний человека связано с использованием для питьевых и хозяйственных нужд некачественной воды. Качество содержимого водного источника характеризуется множеством различных свойств, важное место среди которых занимает жесткость воды временная и постоянная. Повышенная жесткость воды наносит вред здоровью: способствует формированию камней в почках, сушит кожу, вызывая зуд и образование перхоти, замедляет процесс приготовления мясных продуктов. Домашние приборы и водогрейное оборудование также страдают от избытка солей карбонатной жесткости воды: при кипячении образуется накипь, а от плохо мылящихся моющих составов образуются несмываемые налеты.

Что такое карбонатная и не карбонатная жесткость в воде

Жесткость воды входит в число основных параметров, определяющих качественный состав водного источника. Эта величина отражает концентрацию в водном растворе ионов щелочноземельных металлов: Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ . Так как содержание ионов магния и кальция в подземных водах намного выше совокупного количества всех остальных ионов, общей жесткостью считают сумму ионов Ca и Mg в воде. Она в свою очередь состоит из карбонатной и некарбонатной жесткости воды. Первая зависит от насыщения водного раствора гидрокарбонатами кальция и магния, а вторая — хлоридами, нитратами, сульфатами, фосфатами и силикатами тех же металлов.

Фильтры от жесткости воды

Прежде чем попасть в кран или скважину, вода проходит долгий путь по подземным водоносным горизонтам, образованным разными богатыми кальцием и магнием горными породами: известняком, доломитом. Минералы взаимодействуют с присутствующими в воде газами и обогащают водный раствор солями щелочноземельных металлов. Ветровое разрушение горных пород и биохимические реакции в почвах также способствуют насыщению природных водных пластов элементами, влияющими на жесткость. Чем глубже расположен источник, тем выше общая, временная и постоянная, жесткость воды. С изменением времени года жесткость меняется: зимой она всегда высокая, а с таянием льдов достигает минимальных отметок.

Виды жесткости воды: общая, временная и постоянная

Общее количество растворенных ионов щелочноземельных металлов составляют общую жесткость, которая складывается из временной и постоянной.

Разные соли Ca и Mg составляют разную жесткость. В воздухе в достаточной концентрации содержится CO2, и он же содержится в растворенной форме в природных источниках. При взаимодействии CO2 с водой образуются гидрокарбонат-ионы:

Эквивалентное концентрации образованного гидрокарбонат-иона количество кальциевых и магниевых ионов составляет карбонатную жесткость воды. Временная или карбонатная жесткость воды прямо зависит от содержащихся в водном растворе гидрокарбонатов Mg(HCO3)2 и Ca(HCO3)2, а постоянная жесткость воды — это находящиеся в растворе все остальные соединения Ca и Mg с кислотными остатками азотной, серной, соляной сильных кислот и менее агрессивной фосфорной и кремниевой. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости составляет общую жесткость воды. Гидрокарбонат-ионы, отражающие карбонатную жесткость в воде, являются буферными и нивелируют кислотно-щелочной баланс водного раствора.

Наблюдая образование накипи на поверхностях и нагревательных элементах бытовых приборов, вряд ли кто-то задумывается о том, что в виде белого нароста уходит только временная жесткость из воды, а постоянная остается. От карбонатной жесткости можно практически на 100% избавиться при нагревании воды до 100°С на протяжении 50 минут. Это дает возможность называть ее временной или устранимой. Гидрокарбонаты Mg и Ca разлагаются с выпадением осадков MgCO3 и CaCO3.

Кипячение приводит к уменьшению общей жесткости воды путем устранения временной жесткости и перевода гидрокарбонатов в нерастворимые соединения. Постоянная жесткость воды остается неизменной. Сульфаты, хлориды, нитраты Ca и Mg остаются в растворенном виде в водном растворе и влияют на показатель мягкости.

Для правильной работы органов человека и функционирования оборудования имеет значение и постоянная, и временная жесткость воды. Здесь важно равновесие. Высокая концентрация солей магния и кальция отрицательно сказывается на состоянии сосудов и функционировании ЖКТ, способствует формированию камней в почках. Слишком мягкая вода нарушает водный и солевой баланс организма.

От высокой жесткости воды, карбонатной и не карбонатной, зависит вспенивание моющих веществ. В жесткой воде в привычном натриевом мыле Ca-ионы замещают Na-ионы при намыливании, образуя хлопья неэффективного «кальциевого мыла». И пока кальциевая жесткость не будет удалена этим способом, формирование мыльной пены не начинается. На 1 ммоль/л общей жесткости для такого смягчения воды в теории уходит 310 мг мыла, на практике — до 540.

Высокий показатель общей карбонатной жесткости воды является причиной образования накипи на стенках водогрейных приборов, труб, отопительном оборудовании. Накипь существенно укорачивает рабочий ресурс техники, препятствуя нормальному нагреву и уменьшая производительность, засоряет сантехнику. В это же время особо мягкая вода с величиной жесткости менее 1,9 ммоль/л имеет пониженную щелочность. Это становится причиной развития коррозионных процессов в водопроводных системах. Правильно установленный баланс постоянной и временной жесткости воды поможет сохранить здоровье и продлить срок службы нагревательному оборудованию и водопроводным трубам.

Как рассчитать общую и карбонатную жесткость воды

Для определения количества растворенных ионов щелочноземельных металлов в образце воды используют несколько способов. В домашних условиях можно применить экспресс-тесты на определение карбонатной и некарбонатной жесткости, имеющиеся в свободной продаже. Они дают результат с погрешностью, но проведение эксперимента не требует дополнительных затрат и занимает минимум времени.

В соответствии с ГОСТ 31954-2012 общую временную и постоянную жесткость воды определяют комплексонометрией. При таком титриметрическом методе ионы металлов (железа, цинка, марганца, кадмия, кобальта, алюминия, свинца, меди) и часть органических веществ оказывают мешающее влияние на установление эквивалентной точки концентрации. Ортофосфат и карбонат кальция могут осаждаться в условиях проведения титрования. При невозможности устранить мешающее воздействие, измерение жесткости проводят методом атомной спектрометрии.

Смягчить воду

В основе комплексонометрии лежит титрование отобранной водной пробы в присутствии буфера — аммиачного раствора — при рН = 9 и индикатора раствором Трилона Б до изменения цвета индикатора. Наименьшая определяемая жесткость воды — 0,1 Жо. При титровании воды с повышенной жесткостью раствором динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты образуется комплексное соединение, связывающее ионы Ca и Mg. Когда все ионы связаны, индикатор изменяет окраску. Титрование прекращается.

Общую жесткость в пробе водного раствора, Жо, высчитывают по уравнению:

С2 — молярная концентрация эквивалента ЭДТА, моль/л;

V1 — объем воды, взятой для анализа, мл;

V2 — объем раствора ЭДТА, мл;

1000 — коэффициент пересчета моль/л в ммоль/л.

Чтобы определить карбонатную жесткость воды, применяют титрование кислотой (HCL). Индикатор метилоранж меняет окраску, когда в растворе появляется малый избыток кислоты. Способ основан на взаимодействии соляной кислоты с гидрокарбонатами:

Титрование проводят 2 — 3 раза. Для вычислений берут средний результат.

Расчет карбонатной жесткости воды осуществляют следующим образом:

Жк = Vк • Cк • 1000 / VB,

Жк — карбонатная жесткость воды, ммоль/л экв Ca 2+ и Mg 2+ ;

Vк — количество кислоты, затраченное на титрование, мл;

Ск — молярная концентрация эквивалента HCl;

VB — объем пробы воды, мл.

Постоянную жесткость воды Жнк можно найти, зная общую и карбонатную:

В зависимости от концентрации ммоль/л ионов магния и кальция, воду разделяют на несколько типов по степени жесткости:

  1. Особо мягкая — ниже 1,6 ммоль/л;
  2. Мягкая — в пределах 1,6 — 3,9 ммоль/л;
  3. Средне-жесткая — в пределах 3,9 — 7,9 ммоль/л;
  4. Жесткая — в пределах 7,9 — 11,9 ммоль/л;
  5. Особо жесткая — выше 11,9 ммоль/л.

Как устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды

Умягчение воды

Удалить жесткость возможно бытовыми способами и профессиональной очисткой воды с помощью фильтров. Уменьшение жесткости, или умягчение, воды заключается в удалении ионов Ca и Mg. В домашних условиях, чтобы понизить временную жесткость воды, достаточно просто ее вскипятить. При кипячении гидрокарбонаты переходят в нерастворимые формы карбонатов магния и кальция и выпадают в осадок. Однако этот способ связан с временными затратами на остывание вскипяченной воды, удалением накипи с посуды и малыми объемами готовой к использованию воды.

Избавиться от жесткости в воде можно замораживанием или дистилляцией. Однако в этом случае получаем дистиллированную воду, которая непригодна для питья, поскольку вымывает полезные минералы из организма, но широко применяется во многих технологических процессах в промышленности.

Умягчить жесткую воду можно введением химических реагентов. Временную или карбонатную жесткость воды понижают добавлением гашеной извести. А при одновременном введении извести и соды можно устранить карбонатную и некарбонатную жесткость в воде. Временная жесткость удаляется известью, а постоянная — содой.

Для работы с большими объемами воды рекомендуется использовать профессиональную очистку от постоянной и временной жесткости фильтрами непрерывного умягчения воды с помощью ионообменных смол. Применяют методы Na и H-Na катионирования, Na-CL ионирования воды. Объединение в одном фильтре смешанного действия анионита и катионита оптимизирует показатели чистоты получаемого раствора.

Универсальные загрузки Экотар, Экомикс помогают не только удалить карбонатную и постоянную жесткость из воды, но и избавить водный раствор от железа и органических примесей. Вода проходит комплексную очистку в пять ступеней благодаря специально подобранной смеси загрузки ионообменных смол и сорбционных веществ. Регенерация фильтров типа Экотар, Экомикс производится с помощью солевого раствора NaCl.

Одним из эффективных и удобных в применении способов устранения жесткости является обратный осмос. Водные растворы проходят через полупроницаемые мембраны, оставляя на них практически все находящиеся в водном растворе вещества. Обратноосмотические установки отличаются простотой обслуживания, хорошей производительностью и экономичностью.

Выбираем фильтры для устранения жесткости воды

Качество воды играет определяющую роль в работе оборудования. Жесткая вода способна навредить любому технологическому процессу в каждой отрасли промышленности. Повышенное содержание солей жесткости — причина развития многих заболеваний при регулярном употреблении ее для питья. Свойства жесткой воды не дают полноценно использовать ее для бытовых нужд, увеличивают расход моющих средств и портят вещи.

Позаботьтесь о качестве воды вместе с нашей компанией. Мы предлагаем весь спектр оборудования для устранения постоянной и временной жесткости воды, включая фильтры умягчения, мультизагрузки Экотар и Экомикс, мембранные установки на основе технологии обратного осмоса. Получить подробную консультацию и сделать заказ можно по телефону или электронной почте. Оформление заявки также возможно в специальной форме обратной связи на сайте.

Заявка на подбор оборудования

Карбонатная жесткость воды

Карбонатная жесткость воды

Представить себе жизнь без воды сегодня невозможно. Любой человек использует ее каждый день, не обходится без воды и производство. Во многих технологических процессах воду используют постоянно. Производство микросхем, даже абразивные чистки применяют воду с завидным постоянством. И можно смело утверждать, что без качественной воды сегодня не продержаться на рынке. Что касается обычных потребителей, то вода плохого качества влияет на здоровье. Негативно влияет. Снижает качество обработки продуктов и многое-многое другое.

В чем причина плохого качества воды? Что делает ее жесткой? Сразу нужно уточнить, что варианты загрязнения могут быть самыми разными. От банальной грязи и твердых примесей, до невидимых органических примесей, которые могут сделать воду вирусоносной, жесткой или железистой.

Способов смягчения жесткой воды на сегодня идентифицировано несколько. Что вообще понимают под термином «жесткость»? Это такая характеристика воды, которая подразумевает под собой наличие в воде определенного размера включений солей кальция и магния.

Карбонатная жесткость воды подразумевает наличие в воде карбонатных солей. Это как раз и есть соли кальция и магния. Жесткость может быть и сульфатной. Но в большинстве случаев встречается именно карбонатная. А это практически 98 процентов случаев. Потому и будем уделять карбонатной жесткости воды больше всего внимания.

Итоговое содержание солей в воде именуют жесткостью. Даже если быть совсем точной, то это общая жесткость. Для жизни это один из самых важных факторов. Для производства также есть большое значение в этом показателе. Для тех, кто держит аквариум, карбонатная жесткость воды также является важным показателем. Т.к. в очень некачественной воде рыбы жить не смогут. Данный показатель подвергается постоянному контролю. Даже пресную воду следует различать по жесткости.

Общую жесткость делят на два подвида постоянную и временную. Эти виды также могут называться карбонатной, то есть временной и некарбонатной, то есть постоянной.

Карбонатную жесткость воды образуют гидрокарбонаты и карбонаты кальция и магния, о которых говорилось выше, при показателе кислотно-щелочного баланса, равного 8,3. Некарбонатную жесткость образуют кальциевые и магниевые соли сильнодействующих кислот.

Соли, образующие жесткость, ведут себя по-разному в воде. Одни при нагреве выпадают в осадок, другие полностью растворяются. Это и послужило признаком иерархии. Соли, которые создавали малорастворимый осадок, создали временную жесткость, то есть устранимую. Те же соли, которые растворялись в воде, образовали постоянную жесткость.

Более или менее с начальными понятиями определились. Теперь рассмотрим более подробно про снижение жесткости воды и узнаем, какие вещества и как образуют столь нужную нам для рассмотрения карбонатную жесткость воды.

Временная жесткость воды присутствует вместе с двухвалентными катионами кальция, магния и железа, а также бикарбонатных и гидрокарбонатных анионов. Стоит такую воду нагреть, и гидрокарбонаты разлагаются. На смену им приходят – малорастворимый карбонатный осадок, вода и углекислый газ.

Когда говорят об устранении жесткости в воде, то имеют в виду именно карбонатную жесткость воды. Ее можно устранить из воды, т.к. ее составляющие вступают в реакцию. Это временное явление и даже прокипятив воду, жесткость можно убрать, правда, тогда все прелести такой воды в виде накипи осядут на стенках оборудования.

Ну и постоянная жесткость остается в воде и после кипячения. Источники ее создания, это сульфаты, силикаты, хлориды и нитраты. На постоянную жесткость нельзя повлиять. Правда, при устранении карбонатной жесткости воды уменьшается количество и постоянной.

Что понимают под временной и постоянной жесткостью мы разобрались. Какие же на сегодня существуют варианты устранения карбонатной жесткости? Можно ли без лишних расходов сделать это в домашних условиях? И почему так вредная некачественная вода?

О накипи можно слагать легенды. Каждый из нас лицезрел ее на стенках чайника, кастрюль, не знал как с ней справится, когда она покрывает прочным слоем сеточку крана. Чего и говорить, но жесткая вода в домашних условиях, одна из самых больших проблем любой хозяйки. Времени на устранение уходит очень много, денег при этом не меньше, и бытовые приборы страдают от устранения налета не меньше, чем от самой накипи.

Но кроме бытовых проблем, данные методы устранения жесткости воды доставляют огромное количество неприятностей промышленности. Котельные, металлургия, микроэлектроника, химическая промышленность, теплоэнергетика. Все эти отрасли обойтись без качественной воды не могут. Качественная вода предполагает в дальнейшем производство качественной продукции.

И естественно очистка воды является главным производственным элементом в пищевой промышленности. Нельзя произвести вкусную и полезную воду, когда ее плохо очистили. Поэтому что дома в своей квартире, что на промышленном производстве умягчению воды следует уделять достаточно внимания.

Кроме умягчения можно бороться просто с накипью. Для этого достаточно устранять налет своевременно. Но проводить такие процедуры нужно постоянно и использовать для этого агрессивные средства или специальные механические приборы, которые позволят очистить даже самый толстый слой накипи.

Способы определения карбонатной жесткости воды

Как и у каждой чистки, у очищения накипи есть масса недостатков. Мало того, что расходы на приобретение средств становятся постоянными и не малыми, так еще и бытовые приборы не так просто чистить. Да и поверхности никогда уже не будут по-прежнему гладкими. И естественно с каждым устранением накипи, поверхность будет становиться все более испорченной, а новые отложения будут образовываться быстрее. Может начать развиваться коррозия. Чтобы этого не произошло, давайте узнаем какие применяются способы для определения карбонатной жесткости воды.

Что у самой воды, что у накипи есть несколько особенностей, делающих их образование крайне неприятным. Некачественная вода плохо растворяет моющие средства. И это притом, что мы все моем в воде. Такая особенность вызывает резкое увеличение расходов и мыла с порошком и воды. Вода сегодня стоит немало, чтобы постоянно платить за определение карбонатной жесткости воды.

Что же касается непосредственно накипи, то она почти не проводит тепло. И из-за этого все беды. Образовываясь на топливных поверхностях и элементах, она просто полностью блокирует нормальную работу любого нагревательного прибора. В результате происходят необратимые вещи. Если не убирать такой налет своевременно.

Таблица. Виды и способы определения жесткости воды

Состав исходной воды Вид жесткости Способ определения жесткости воды
катионы кальция анионы магния
Са

Временная, карбонатная и в малой

Если вы пренебрегли каким либо способом, приведённым в таблице, вы можете лишиться своего дорогостоящего оборудования. Каждый из приведенных в таблице способов определения карбонатной жесткости воды крайне важен!

Во-первых, ухудшается работа любого оборудования или бытового прибора. КПД резко идет вниз. Из-за того, что накипь плохо нагревается, приходится расходовать в разы больше топлива, электричества, мощности с целью хоть как то нагреть воду. Для промышленности такая особенность накипи выливается в огромные расходы. Прибор постепенно покрывается накипью, пока поверхность практически полностью прекращает передавать тепло воде. Тогда срабатывает система защиты. Прибор самопроизвольно отключается, с целью защитить себя от перегрева. Получив такой сигнал, приступить к очистке поверхностей следует немедленно.

Оборудования для определения карбонатной жесткости воды

Накипи ведь много не надо. Из стадии легкий известковый налет она быстро переходит в стадию твердый известковый камень, который так легко не уберешь. И когда поверхности покрыты вот таким камнем и происходит перегорание прибора. Иногда это может выглядеть как взрыв или трещина, в чем тоже мало приятного. Трубы в водопроводе разрывает и протирает по этой причине.

Возиться с постоянным устранением налета, особенно в промышленности чрезвычайно накладно. Существует ряд способов, как справиться с повышенной жесткостью воды не повредив всю систему. Средства от накипи не дешевые. Как и вызов бригады для очистки. Подвергать таким нагрузкам поверхности постоянно тоже нельзя. Какой же путь избрать? Как наиболее эффективно бороться с карбонатной жесткостью воды?

Сразу скажу, что определение карбонатной жесткости воды в домашних условиях невозможно. Единственный, так сказать, кустарный вариант доступен только для очищения очень малого количества воды. И это вода будет скорее лечебной, чем просто умягченной. Многие ведь считают, что умягчители воды – дорогое удовольствие. Сегодня, к счастью это не так. Грамотность населения и просвященность в сфере очистки воды с каждым годом растет и потому между производителями фильтров для воды увеличивается конкуренция. И в ценах на подобные очистительные приборы наметилась положительная динамика к снижению.

Но вернемся к определению карбонатной жесткости воды в домашних условиях. Единственный материал, который позволит вам действительно получить качественную воду, это кремний. Все, что вам для этого нужно, это купить кусочек кремния и настоять на нем воду в течении недели. Вода получается мягкой, еще и снабженной всевозможными полезными веществами. Все полезные свойства кремния еще не изучены до конца, в будущем его планирует плотно использовать медицина. Но для очищения воды в домашних условиях, его достаточно, только для небольших обьемов.

Если же вы хотите поставить определение жесткости воды на поток, то вам нужен не просто умягчитель, вам нужна водоподготовка. Обойтись одним фильтром проблематично. Вода для быта и вода для потребления несколько разные инстанции и требования к качеству немного отличаются.

Для максимальной защиты предприятия или семьи дома потребуется, как минимум два умягчителя воды. Причем один должен чистить всю воду, априори. Другой будет проводить дополнительную очистку, которая поможет получить качественную питьевую воду. Для общих целей больше всего подходят, да и их чаще всего, и используют ионообменный фильтр для воды и электромагнитный умягчитель воды АкваЩит. Для получения вкусной питьевой воды лучше всего подойдет обратный осмос или фильтр-кувшин. Если уж совсем экономично.

Для специальной очистки, которая нужна в той же фармакологии или микроэлектронике используют микро или нанофильтрацию. Из последовательного соединения всех этих приборов и складывается водоподготовка. Часто, когда обрабатывают первичную воду, такую систему дополнительно оснащают механическими фильтрами, обеззараживателями, кондиционерами и обезжелезивателями. Тогда чистка идет сто процентная. От А до Я.

В быту из всех фильтров больше всего сегодня помогают избавиться от карбонатной жесткости воды электромагнитные приборы АкваЩит. Еще совсем недавно самыми прогрессивными очистителями считались магнитные устройства. Но в процессе эксплуатации было выявлена уйма недостатков, которые очень быстро привели к закату «звезды» магнитного устройства. Тогда собственно и изобрели электромагнитный прибор, как улучшенный вариант магнита.

Ионообменный фильтр хоть и считается одним из самых старых способов понижения жесткости воды, но тем не менее сегодня по прежнему занимает лидирующие позиции. Хотя в работе он довольно затратный. Его фильтрующая смола после полного забивания солями жесткости требует замены или восстановления. Стоит сменный картридж не то, чтобы дорого, но и не дешево. Менять при этом фильтр приходится раз в квартал.

Как вычислить карбонатную жесткость воды?

Теперь зададимся вопросом: как вычислить карбонатную жесткость воды? Вот лишь несколько способов, как это можно сделать:

  • Сделать химический анализ на жесткость;
  • Отдать исходную воду в лабораторию;
  • Купить специальный тест-полоску, которая покажет точную жесткость питьевой воды;
  • Обратиться к специалистам за помощью в определении жесткости воды.

Если это крупное промышленное предприятие, вычислить жесткость воды можно и иными способами. Смолу придется восстанавливать путем постоянных промывок с помощью сильносоленого раствора. Потом появляются проблемы с устранением отходов, которые к тому же сильно соленные и требуют доочистки для утилизации. Но умягчает воду такой прибор намного лучше любых других. Как эконом вариант, этот прибор для вычисления карбонатной жесткости необходим и незаменим.

Электромагнитный прибор заслужил море комплиментов при использовании в быту, а также на предприятиях теплоэнергетики. У него масса плюсов, которые выгодно выделяют его из основной массы умягчителей.

Вычислить карбонатную и некарбонатную жесткость воды можно по следующей формуле Ca 2+ + 2HCO 3 — = CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2 ↑ или же такой H + + HCO 3 — H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O

При всей компактности и удобстве, электромагнитный прибор в состоянии не просто связать карбонатную жесткость воды, он отлично поможет избавиться от старой накипи, застрявшей на стенках. И сделает это крайне осторожно и очень качественно. Достаточно проработать прибору месяц, как слой накипи на стенках уменьшиться значительно. Вам даже достаточно будет замерить слой накипи перед установкой прибора и спустя месяц. Разница будет ощутимой. И при этом за месяц, вам к прибору даже не придется притрагиваться. Полное отсутствие обслуживания также является немаловажным плюсом данного прибора для вычисления жесткости воды. И никакого привыкания к влиянию электромагнитных волн.

Акващит прекрасно сотрудничает с любыми поверхностями, ему не важно, из чего сделаны трубы, а также все равно с какой скоростью течет вода и холодная она, или горячая. Не работает такой прибор только с неподвижной водой. АкваЩит прекрасно уменьшает жесткость воды не меняя химический состав жидкости. Но поскольку он сам устраняет осадок, то стоячая вода ему не страшна.

При монтаже прибора следует помнить, что ставить его нужно только на чистую внутри трубу. С остатками старой накипи прибор справится, а вот сразу пробиться через нее не сможет. Поэтому место установки следует обязательно чистить.

Мы рассмотрели все варианты классификаций карбонатной жесткости воды, а также узнали как вычислить и как определить карбонатную жесткость. С нею сегодня есть масса возможностей справится. При этом достаточно недорогих. Так, что с целью защитить себя от вредного влияния некачественной воды лучше продумайте варианты установки системы подготовки воды заранее.

Жесткость воды

Совокупность физико-химических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей кальция и магния («солей жесткости»), принято называть жесткостью воды.

Жесткость воды

Концентрация двухвалентных катионов, прежде всего, кальция и магния, определяет уровень жесткости воды. Происходит это в результате взаимодействия катионов с анионами, приводящего к образованию выпадающих в осадок соединений. Одновалентные катионы данным свойством не обладают.

Не только кальций и магний влияют на жесткость воды, это свойство присуще также и некоторым другим элементам. Например, железо, стронций, марганец, алюминий, барий тоже оказывают влияние на жесткость воды, но их воздействие настолько мало и незначительно, что, как правило, при проведении анализа попросту не учитывается.

Выделяют несколько видов жесткости воды.

Под понятием общей жесткости подразумевается суммарная концентрация ионов кальция и магния. Общая жесткость — это совокупность карбонатной и некарбонатной жесткости.

Карбонатная жесткость определяется содержанием в воде гидрокарбонатов и карбонатов кальция и магния. Такая жесткость также носит название временной, это связано с тем, что в процессе кипячения воды она почти полностью исчезает. Нагрев воды приводит к распадению гидрокарбонатов, образованию угольной кислоты и выпадению карбоната кальция и гидроксида магния в осадок.

Некарбонатная жесткость, также называемая постоянной, связана с наличием в воде солей серной, азотной и соляной кислот. Такой тип жесткости не устраняется в процессе кипячения.

Для измерения жесткости воды могут использоваться разные единицы. В России стандартной единицей измерения жесткости считается моль на кубический метр. Другие единицы, используемые для измерения жесткости в мировой практике, — это так называемые градусы жесткости: немецкий, французский, американский.

Zhestkost_vody

Все минеральные воды содержат в себе ионы кальция и магния. Они поступают в воду из природных залежей известняка, гипса и доломитов в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода и минералов. Сточные воды разных предприятий также могут служить причиной попадания в воду ионов кальция и магния.

В маломинерализованных водах, как правило, жесткость обуславливается по большей мере ионами кальция — до 70-80 %. В редких случаях преобладает магниевая жесткость — до 50-60%. В высокоминерализованных водах, напротив, содержание ионов кальция существенно ниже, чем магния. Вода с высоким уровнем минерализации редко содержит ионы кальция в количестве большем 1 грамма на литр, в то время как содержание ионов магния может составлять нескольких граммов и даже десятков граммов на литр.

Как известно, поверхностные воды менее жесткие, чем подземные. Жесткость поверхностных вод напрямую зависит от сезонных условий. Наибольшие показатели обнаруживаются в конце зимы, а наименьшие — в период половодья (уровень жесткости уменьшается за счет мягкой дождевой воды, попадающей в источники). Морская вода, как и океанская, имеет очень высокую жесткость, которая может достигать сотни мг-экв/дм 3 .

Степень жесткости воды, приемлемая для ее использования в качестве питья, может быть разной и зависит от местных условий. Порог вкуса для кальция — 2-6 мг-экв/л, для магния — ниже. В редких случаях считается приемлемой вода, жесткость которой достигает 10 мг-экв/л и даже выше. Однако высокая жесткость оказывает отрицательное воздействие на органолептические свойства воды, что проявляется в горьковатом привкусе и негативном влиянии на пищеварительные органы.

ВОЗ не дает рекомендаций, касающихся степени жесткости воды по медицинским показателям. Имеются некоторые сведения, указывающие на возможное негативное влияние воды с высокой жесткостью на сердечнососудистую систему человека. Также существует представление, что вода с низкими показателями жесткости может отрицательно сказываться на балансе минеральных веществ в человеческом организме. Однако не имеется никаких существенных доказательств действительной связи между данными явлениями ни в первом, ни во втором случае.

Zhestkost_vody

Что же касается использования воды для питания котлов, то здесь существуют строгие ограничения, касающиеся жесткости воды. Если жесткость превышает 4 мг-экв/л, то в зависимости от уровня pH и щелочности, может вызывать отложение накипи и шлаков в распределительной системе. Поэтому Котлонадзор сформулировал ограничения жесткости воды, используемой в этом назначении, которые сводятся к 0,05-0,1 мг-экв/л.

Если говорить об использовании воды в бытовых и косметических целях, то здесь также следует упомянуть о негативных последствиях, которые может оказать употребление воды с высокой жесткостью. Такого типа вода во взаимодействии с мылом, шампунями, стиральными порошками и другими моющими средствами способствует образованию так называемых «мыльных шлаков», т.е. пены, которая после высыхания оставляет налет на сантехнике, посуде, белье, а также человеческой коже и волосах. Эти шлаки, кроме всего прочего, способны разрушать естественную жировую пленку, которой покрыта кожа человека. Если жесткость воды высокая, то после мытья человек может почувствовать «скрип» кожи и волос. Если же вода мягкая, то после ванных процедур может остаться чувство «мылкости», которое служит показателем, что защитная пленка кожи не была повреждена.

Однако использование воды с низкой жесткостью также может иметь некоторые негативные последствия. Например, вода, обладающая жесткостью менее 2 мг-экв/л, может иметь малую буферную емкость, что в свою очередь способно приводить к высокому коррозионному влиянию на водопроводные трубы. По этой причине в теплотехнике нередко проводится обработка воды, направленная на достижение наилучшего соотношения между коррозионной активностью воды и степенью ее жесткости.

Карбонатная жесткость воды: что это и как влияет на вкус кофе

Карбонатная жесткость воды: что это и как влияет на вкус кофе

Чашка фильтр-кофе на 98,5% состоит из воды, а её качество имеет большое значение для кофе.

Общая и карбонатная жесткость — ключевые параметры, которые определяют качество воды. За общую жесткость отвечают хлорид кальция (CaCl2), сульфат кальция (CaSO4), хлорид магния (MgCl2) и сульфат магния (MgSO4). За карбонатную — бикарбонат калия (KHCO3) и бикарбонат натрия (NaHCO3).

Соли магния и кальция помогают извлечь из кофе больше вкуса и не выпадают в осадок при кипячении воды. А вот с бикарбонатами все не так просто. Вода, которая перенасыщена карбонатами, образует накипь. При кипячении воды соли выпадают в осадок и могут привести к поломке кофемашины.

Казалось бы, выбирайте воду с низким содержанием карбонатов, и проблема решена. Но недостаточное количество карбоната кальция в воде может вызвать коррозию бойлера и трубок. А главное — содержание бикарбонатов влияет на воспринимаемую кислотность кофе.

Мы уже рассказывали о том, как состав воды влияет на экстракцию. Теперь разбираемся, как карбонатная жесткость влияет на pH воды и вкус кофе.

Как карбонатная жесткость влияет на pH воды

Чтобы стабилизировать pH воды, нужна буферная система. А основная буферная система в воде — это как раз бикарбонаты Ca(HCO3)2. Если в воде будет много бикарбонатов, они «уничтожат» положительную кислотность кофе.

В кофе насчитывается более 40 органических кислот. От вида и соотношения кислот зависит вкус напитка: будет ли это приятная искристая кислотность или неприятная уксусная. Для этого в индустрии спешелти проводят эксперименты с ферментацией — процессом, при котором количество кислот в кофе увеличивается.

От вида и соотношения кислот в кофе зависит вкус напитка. А состав воды определяет экстракцию этих кислот

Большинство кислот в кофе слабые. Это значит, что даже незначительные отклонения в составе воды могут сильно повлиять на вкусовые свойства. Если взять воду с разным исходным ppm — уровнем минерализации — ppm кофе на выходе будет одинаковым, а вот вкус разным. Все потому, что разная вода по-разному растворяет вещества из кофе.

Итак, вкус кофе меняется в зависимости от параметров воды. Когда уровень pH понижается, растет кислотность воды, и кофе получается кислым. Если уровень pH повышается, во вкусе кофе появляется горечь. Чтобы уровень pH оставался стабильным, в воде должны содержаться бикарбонаты. Нужно только подобрать оптимальное соотношение минеральных веществ в воде.

Как подобрать допустимый диапазон карбонатной жесткости

Specialty Coffee Association выпустила стандарты, согласно которым допустимый диапазон карбонатной жесткости: ± 40 ppm. Карбонатная жесткость измеряется по шкале KH, а общая — по шкале GH.

Целевые показатели воды от SCA

Спецификация расплывчата, непонятно, что означает «плюс-минус» в отношении диапазона KH. Максвелл Колонна-Дэшвуд и Кристофер Хэндон в книге «Вода для кофе. Наука. История. Руководство» провели серию экспериментов, чтобы проверить, что будет со вкусом кофе при разных соотношениях общей и карбонатной жесткости воды.

Максимальная общая жесткость и минимальная карбонатная жесткость (точка А)

Проблема . Недостаточно буфера, чтобы экстрагировать сильные кислоты.

Кислотность в кофе получается очень приглушенной.

Максимальная карбонатная жесткость и минимальная общая жесткость (точка B)

Проблема . Не экстрагируются сложные вкусоароматические вещества. Не сформировалось тело напитка. Буфер нейтрализовал слабые положительные кислоты.

Вкус плоский, едкий, пережаренный.

Минимальная общая жесткость и минимальная карбонатная жесткость (точка С)

Проблема . Вода становится слишком пустой. Она не может извлечь нужное количество соединений из кофе из-за недостаточного количества минералов. Плохо сформированное тело кофе.

Вкус пустой, слегка уксусный.

Максимальная карбонатная жесткость и максимальная общая жесткость (точка D)

Проблема . Из-за максимальной KH вероятность образования накипи резко возрастает. Чтобы компенсировать такую высокую буферную способность, требуется очень высокая экстракция, поэтому GH тоже должна быть высокой. Из-за высокого содержания минеральных веществ вода быстро переэкстрагирует кофе.

Вкус горький, терпкий, пустой.

Итак, чтобы получить сбалансированный вкус, в кофе должны быть кальций, магний и небольшое содержание буфера.

Исследуя карту воды, Максвелл Колонна-Дэшвуд и Кристофер Хэндон постарались найти границы для каждого параметра. Эти точки не являются конкретными значениями, но находятся в пределах погрешности около 10 ppm

Как показали эксперименты Максвелла Колонна-Дэшвуда и Кристофера Хэндона, для стабильного вкуса кофе в воде должно быть сохранено небольшое количество буфера. В качестве отправной точки вы можете использовать соотношение GH и KH 2:1.

Если баланс нарушен, проверьте состав воды и параметры водоподготовки. Для домашнего приготовления кофе выбирайте бутилированную воду с карбонатной жесткостью 50-70 мг/л при рН 7,0. Бариста могут менять параметры водоподготовки для кофемашины в сторону уменьшения или увеличения солей в воде.

Мы уже рассказывали о том, как выбрать воду для кофе, как контролировать качество воды, которая попадает в кофемашину и как измерить вкус кофе по специальным параметрам. Чтобы понять, как состав вашей воды влияет на готовый напиток, ориентируйтесь на вкус кофе. Экспериментируйте, пробуйте разную воду и меняйте параметры водоподготовки с учетом желаемого вкуса. Так вы сможете получить кофе с яркой приятной кислотности.

Что запомнить
  1. В воде должно содержаться небольшое количество бикарбонатов — до 70 ppm. Они помогают держать pH воды под контролем, что положительно влияет на приятную кислотность кофе.
  2. Правильно подбирайте воду для заваривания кофе. Обращайте внимание на показатель «гидрокарбонат» на этикетке, оптимальное значение — 50-70 мг/л при рН 7,0.
  3. Важно не оценивать общую и карбонатную жесткость по отдельности. Их соотношение влияет на вкус кофе. Рекомендуемое соотношение GH и KH 2:1.
  4. При высоком содержании карбоната киcлотность будет не цитрусово-ягодной, а плоской и землистой. При низком содержании карбоната вкус получается уксусным и кислым.

Карбонатная жесткость воды: что это и как влияет на вкус кофе

Вам может быть интересно:

Что такое нитро кофе?

14 мая 2019 · 6 мин. на чтение

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *