حاسبة عسرة المياه: قياس مستويات الكالسيوم والمغنيسيوم

حاسبة عسر الماء

حاسبة عسر الماء تحوّل محتوى عيّنة الماء من الكالسيوم والمغنيسيوم إلى قيمة عسر واحدة. وهي تعرض النتيجة بوحدة الجزء في المليون (ppm) من كربونات الكالسيوم، وبالدرجات الألمانية (°dH)، وبالدرجات الفرنسية (°f)، ثم تصنّف الماء على أنه يسر، أو متوسط العسر، أو عسر، أو شديد العسر.

ما هو عسر الماء؟

عسر الماء مقياس للمعادن الذائبة فيه، وأهمها أيونات الكالسيوم (Ca²⁺) والمغنيسيوم (Mg²⁺). وتذوب هذه المعادن في الماء أثناء مروره عبر التربة والصخور، وخاصة الحجر الجيري والطباشير. والماء الغني بالكالسيوم والمغنيسيوم الذائبين يُسمّى ماءً "عسرًا"، أما الماء القليل المحتوى من هذه المعادن فيُسمّى "يسرًا".

العسر لا يجعل الماء غير صالح للشرب في العادة. لكنه يؤثر في قدرة الصابون على الرغوة، وفي كمية الترسبات الكلسية التي تتراكم في الأنابيب والغلايات وسخانات الماء.

كيف يُحسب عسر الماء

يُعبَّر عن العسر الكلي بالجزء في المليون من كربونات الكالسيوم (CaCO₃)، مع أن العسر يأتي في الواقع من عدة معادن مختلفة. والصيغة المستخدمة هنا هي:

العسر الكلي (ppm CaCO₃) = (Ca²⁺ × 2.5) + (Mg²⁺ × 4.1) + المعادن الأخرى

• ‏Ca²⁺ هو تركيز الكالسيوم بالجزء في المليون.
• ‏Mg²⁺ هو تركيز المغنيسيوم بالجزء في المليون.
• المعادن الأخرى هي التركيز الإجمالي لأي معادن إضافية مسبِّبة للعسر، بالجزء في المليون.

المعاملان 2.5 للكالسيوم و4.1 للمغنيسيوم يحوّلان تركيز كل أيون إلى ما يكافئه من وزن كربونات الكالسيوم.

التحويل إلى وحدات العسر الأخرى

بعد معرفة المجموع بوحدة ppm CaCO₃، يمكن تحويله إلى مقياسين شائعين آخرين:

الجزء في المليون والمليغرام في اللتر (mg/L) من CaCO₃ يعطيان الرقم نفسه في حالة الماء، وهما الوحدة المعتمدة في الولايات المتحدة. والدرجات الألمانية شائعة في ألمانيا ووسط أوروبا. والدرجات الفرنسية شائعة في فرنسا وفي عدة بلدان أوروبية أخرى.

تصنيف عسر الماء

بعد معرفة العسر الكلي بالجزء في المليون، يقع الماء في واحدة من أربع فئات قياسية:

مثال محلول

لنفترض أن عيّنة ماء فيها تركيز كالسيوم يبلغ 40 ppm، وتركيز مغنيسيوم يبلغ 10 ppm، و5 ppm من معادن العسر الأخرى.

1. مساهمة الكالسيوم: 40 × 2.5 = 100 ppm CaCO₃
2. مساهمة المغنيسيوم: 10 × 4.1 = 41 ppm CaCO₃
3. إضافة المعادن الأخرى: 100 + 41 + 5 = 146 ppm CaCO₃

العسر الكلي هو 146 ppm CaCO₃. وبالتحويل إلى الدرجات الألمانية يكون 146 ÷ 17.848 ≈ 8.2 °dH. وبالتحويل إلى الدرجات الفرنسية يكون 146 ÷ 10 = 14.6 °f. ولأن 146 تقع بين 121 و180 ppm، يُصنَّف الماء على أنه عسر.

كيفية استخدام الحاسبة

1. أدخل تركيز الكالسيوم (Ca²⁺) بالجزء في المليون. ويتوفر هذا الرقم عادة في تقرير جودة الماء أو في عدّة فحص منزلية.
2. أدخل تركيز المغنيسيوم (Mg²⁺) بالجزء في المليون.
3. أدخل تركيز معادن العسر الأخرى بالجزء في المليون إن كان معروفًا. وهذا الحقل اختياري.
4. اقرأ النتائج: العسر الكلي بوحدة ppm CaCO₃، وما يعادله بالدرجات الألمانية والفرنسية، والتصنيف.
5. استخدم زر "نسخ النتائج" لنسخ الأرقام إلى تقرير أو رسالة.

أين تجد بيانات تركيز المعادن

• تقرير جودة الماء. تنشر معظم شركات المياه البلدية تقريرًا سنويًا، يُسمّى أحيانًا تقرير ثقة المستهلك، يورد مستويات المعادن.
• عدّة فحص منزلية. تقيس العُدد الرخيصة الكالسيوم والمغنيسيوم مباشرة، عادةً بشرائح اختبار أو باختبار معايرة.
• الفحص المخبري. تقدّم شركات معالجة المياه وبعض دوائر الصحة المحلية فحوصًا مخبرية.
• مياه الآبار. بما أن مياه الآبار لا يشملها تقرير بلدي، ينبغي فحص الآبار الخاصة مباشرة، ويُفضَّل مرة كل سنة.

آثار عسر الماء

الماء اليسر (0–60 ppm) يرغي الصابون بسهولة ويترك ترسبات قليلة. وقد يبدو طعمه باهتًا لبعض الناس، وفي المباني القديمة ذات الأنابيب المعدنية قد يكون أكثر ميلًا إلى التقاط آثار معادن من التمديدات.

الماء المتوسط العسر (61–120 ppm) حالة وسط. فهو يحمل بعض المعادن الذائبة لكنه نادرًا ما يسبب ترسبات ظاهرة أو مشكلات في التنظيف.

الماء العسر (121–180 ppm) يترك ترسبات مرئية على الحنفيات والأجهزة والزجاجيات. ويحتاج إلى كمية أكبر من الصابون أو المنظف لإنتاج رغوة، وقد يقصّر عمر سخانات الماء.

الماء الشديد العسر (أكثر من 180 ppm) يسبب تراكمًا كثيفًا للترسبات، ويقلل كفاءة الصابون بشدة، وقد يعطي الماء طعمًا ملحوظًا. والمنازل التي تصلها مياه شديدة العسر تركّب عادةً جهاز تليين للماء.

العسر المؤقت والعسر الدائم

يُقسَّم العسر أحيانًا إلى نوعين بحسب سببه. فالعسر المؤقت مصدره بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. وغلي الماء يطرد ثاني أكسيد الكربون ويجعل هذه البيكربونات تتحول إلى ترسبات كربونات صلبة، ولهذا تتقشّر الغلايات مع الاستعمال. أما العسر الدائم فمصدره كبريتات الكالسيوم والمغنيسيوم وكلوريداتهما ونتراتهما، ولا يزيله الغلي. وهو يستلزم عادةً جهاز تليين أو معالجة كيميائية أخرى. وحاسبة العسر تعرض مجموع النوعين معًا.

طرق تقليل عسر الماء

• جهاز التليين بالتبادل الأيوني. هو الحل المنزلي الأكثر شيوعًا. يستبدل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم بأيونات الصوديوم أو البوتاسيوم، ويحتاج إلى إعادة تعبئة الملح دوريًا.
• التبلور بمساعدة القوالب (TAC). نظام خالٍ من الملح يحوّل المعادن الذائبة إلى بلورات دقيقة تبقى معلّقة في الماء بدل أن تترسب على الأسطح.
• التناضح العكسي. يزيل معظم المعادن الذائبة، ومنها معادن العسر، بدفع الماء عبر غشاء دقيق. وهو يستهلك ماءً أكثر مما ينتجه صالحًا للاستعمال.
• الترسيب الكيميائي. يُستخدم أساسًا في المنشآت الصناعية لجعل معادن العسر تترسب خارج المحلول.

الأسئلة الشائعة

ما سبب عسر الماء؟ أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم الذائبة هي سبب عسر الماء. وهي تدخل المياه الجوفية أثناء مرورها عبر صخور وتربة تحتوي على الحجر الجيري أو الطباشير أو الجبس.

هل الماء العسر آمن للشرب؟ نعم. الماء العسر ليس خطرًا على الصحة، والكالسيوم والمغنيسيوم فيه يضيفان كميات صغيرة من المعادن الغذائية. وقد يكون طعم الماء الشديد العسر غير مستساغ لبعض الناس.

هل يضر الماء العسر بالتمديدات والأجهزة؟ نعم مع الوقت. تتراكم الترسبات داخل الأنابيب وسخانات الماء وآلات القهوة، فتقل كفاءتها وقد يقصر عمرها.

ما الفرق بين عسر الماء والمواد الصلبة الذائبة الكلية؟ المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) تقيس كل مادة ذائبة في الماء، بما فيها الصوديوم والكلوريد والكبريتات. أما عسر الماء فيقيس الكالسيوم والمغنيسيوم فقط. وقد يكون الماء عالي المواد الصلبة الذائبة ومنخفض العسر إذا كان معظم محتواه الذائب شيئًا آخر غير الكالسيوم أو المغنيسيوم.

كم مرة ينبغي فحص عسر الماء؟ يكفي عادةً فحص مياه الشبكة البلدية مرة في السنة اعتمادًا على تقرير جودة الماء الصادر عن المزوّد. أما مياه الآبار فينبغي فحصها كل ستة إلى اثني عشر شهرًا، لأن أحوال المياه الجوفية قد تتغير مع الفصول.

هل يمكن استخدام هذه الحاسبة لماء أحواض الأسماك؟ نعم. تحتاج أنواع كثيرة من الأسماك والنباتات إلى نطاق عسر محدد، لذا فإن حساب قيمة الجزء في المليون أو الدرجة لماء الحوض يساعد على مطابقته لتلك المتطلبات.

المراجع

1. World Health Organization. Hardness in Drinking-water، 2011.
2. United States Geological Survey. Water Hardness، Water Science School، 2019.
3. American Water Works Association. Water Quality & Treatment: A Handbook on Drinking Water، الطبعة السادسة، 2014.