Калкулатор за твърдост на водата: Измерване на нивата на калций и магнезий

Калкулатор за твърдост на водата

Калкулаторът за твърдост на водата превръща съдържанието на калций и магнезий във водна проба в една стойност за твърдост. Той представя резултата в части на милион (ppm) калциев карбонат, немски градуси (°dH) и френски градуси (°f), както и класифицира водата като мека, умерено твърда, твърда или много твърда.

Какво представлява твърдостта на водата?

Твърдостта на водата е мярка за разтворените във водата минерали, главно калциеви (Ca²⁺) и магнезиеви (Mg²⁺) йони. Тези минерали се разтварят във водата, докато тя преминава през почва и скали, особено варовик и тебешир. Водата с много разтворени калций и магнезий се нарича „твърда“. Водата с малко от тези минерали се нарича „мека“.

Твърдостта обикновено не прави водата опасна за пиене. Тя обаче влияе върху това колко добре се разпенва сапунът и колко котлен камък се натрупва в тръби, чайници и бойлери.

Как се изчислява твърдостта на водата

Общата твърдост на водата се изразява в ppm калциев карбонат (CaCO₃), въпреки че действителната твърдост се дължи на няколко различни минерала. Използваната тук формула е:

Обща твърдост (ppm CaCO₃) = (Ca²⁺ × 2,5) + (Mg²⁺ × 4,1) + Други минерали

• Ca²⁺ е концентрацията на калций в ppm.
• Mg²⁺ е концентрацията на магнезий в ppm.
• „Други минерали“ е общата концентрация на всички допълнителни минерали, причиняващи твърдост, в ppm.

Коефициентите 2,5 за калция и 4,1 за магнезия превръщат концентрацията на всеки йон в еквивалентна на калциевия карбонат маса.

Преобразуване в други единици за твърдост

След като общата стойност е известна в ppm CaCO₃, тя може да се преобразува в две други разпространени скали:

За вода частите на милион и милиграмите на литър (mg/L) CaCO₃ представляват една и съща числова стойност и са стандартната единица в Съединените щати. Немските градуси са разпространени в Германия и Централна Европа. Френските градуси се използват във Франция и няколко други европейски държави.

Класификация на твърдостта на водата

След като общата твърдост в ppm е известна, тя попада в един от четири стандартни класа:

Пример с решение

Да предположим, че водна проба има концентрация на калций 40 ppm, концентрация на магнезий 10 ppm и 5 ppm други минерали, причиняващи твърдост.

1. Принос на калция: 40 × 2,5 = 100 ppm CaCO₃
2. Принос на магнезия: 10 × 4,1 = 41 ppm CaCO₃
3. Добавяне на другите минерали: 100 + 41 + 5 = 146 ppm CaCO₃

Общата твърдост е 146 ppm CaCO₃. Преобразувано в немски градуси, това е 146 ÷ 17,848 ≈ 8,2 °dH. Преобразувано във френски градуси, това е 146 ÷ 10 = 14,6 °f. Тъй като 146 попада между 121 и 180 ppm, водата се класифицира като твърда.

Как се използва калкулаторът

1. Въведете концентрацията на калций (Ca²⁺) в ppm. Тази стойност обикновено е налична в доклад за качеството на водата или в домашен комплект за тестване.
2. Въведете концентрацията на магнезий (Mg²⁺) в ppm.
3. Въведете концентрацията на други минерали, причиняващи твърдост, в ppm, ако е известна. Това поле не е задължително.
4. Прегледайте резултатите: общата твърдост в ppm CaCO₃, еквивалентите в немски и френски градуси и класификацията на твърдостта.
5. Използвайте бутона „Копиране на резултатите“, за да копирате стойностите за доклад или съобщение.

Откъде да се получат данни за концентрациите на минералите

• Доклад за качеството на водата. Повечето общински доставчици на вода публикуват годишен доклад, понякога наричан доклад за потребителското доверие, в който са посочени нивата на минералите.
• Домашен комплект за тестване. Евтините комплекти измерват директно калция и магнезия, обикновено с тестови ленти или чрез титруване.
• Професионално изследване. Компаниите за пречистване на вода и някои местни здравни служби предлагат лабораторни изследвания.
• Вода от кладенец. Тъй като водата от кладенец не е обхваната от общински доклад, частните кладенци трябва да се изследват директно, най-добре веднъж годишно.

Въздействие на твърдостта на водата

Меката вода (0–60 ppm) разпенва сапуна лесно и оставя малко котлен камък. За някои хора тя може да има блудкав вкус, а в по-стари сгради с метални тръби е възможно по-лесно да поема следи от метали от водопроводната система.

Умерено твърдата вода (61–120 ppm) заема междинно положение. Тя съдържа известно количество разтворени минерали, но рядко причинява забележим котлен камък или проблеми при почистване.

Твърдата вода (121–180 ppm) оставя видим котлен камък по арматурата, уредите и стъклените съдове. За образуване на пяна са необходими повече сапун или препарат, а експлоатационният живот на бойлерите може да се съкрати.

Много твърдата вода (над 180 ppm) причинява обилно натрупване на котлен камък, значително намалява ефективността на сапуна и може да придаде осезаем вкус на водата. В домовете с много твърда вода често се монтира омекотител за вода.

Временна и постоянна твърдост

Понякога твърдостта се разделя на два вида според причината. Временната твърдост се дължи на калциеви и магнезиеви бикарбонати. При кипене въглеродният диоксид се отделя и тези бикарбонати образуват твърд карбонатен котлен камък, поради което по чайниците се натрупва налеп. Постоянната твърдост се дължи на калциеви и магнезиеви сулфати, хлориди и нитрати и не се отстранява чрез кипене. Обикновено е необходим омекотител за вода или друга химична обработка. Калкулаторът за твърдост отчита общата стойност на двата вида.

Намаляване на твърдостта на водата

• Омекотител чрез йонен обмен. Най-разпространеното решение за дома. Той заменя калциевите и магнезиевите йони с натриеви или калиеви йони и изисква периодично допълване със сол.
• Кристализация с помощта на матрица (TAC). Система без сол, която превръща разтворените минерали в малки кристали, оставащи суспендирани във водата, вместо да образуват котлен камък по повърхностите.
• Обратна осмоза. Отстранява повечето разтворени минерали, включително минералите, причиняващи твърдост, като принуждава водата да преминава през фина мембрана. При нея се използва повече вода, отколкото се получава като годен за употреба продукт.
• Химично утаяване. Използва се главно в промишлени условия, за да се утаят от разтвора минералите, причиняващи твърдостта.

Често задавани въпроси

Какво причинява твърдостта на водата? Разтворените калциеви и магнезиеви йони причиняват твърдостта на водата. Те попадат в подземните води, когато те преминават през скали и почва, съдържащи варовик, тебешир или гипс.

Безопасна ли е твърдата вода за пиене? Да. Твърдата вода не представлява опасност за здравето, а съдържащите се в нея калций и магнезий добавят малки количества хранителни минерали. Много твърдата вода може да има неприятен вкус за някои хора.

Уврежда ли твърдата вода водопроводната система и уредите? С течение на времето — да. В тръбите, бойлерите и кафемашините се натрупва котлен камък, което намалява ефективността и може да съкрати експлоатационния им живот.

Каква е разликата между твърдостта на водата и TDS? Общото количество разтворени вещества (TDS) измерва всяко разтворено във водата вещество, включително натрий, хлорид и сулфат. Твърдостта на водата измерва само калция и магнезия. Водата може да има висока стойност на TDS и ниска твърдост, ако по-голямата част от разтвореното съдържание е нещо различно от калций или магнезий.

Колко често трябва да се изследва водата за твърдост? Обикновено е достатъчно водата от общественото водоснабдяване да се проверява веднъж годишно чрез доклада за качеството на водата от доставчика. Водата от кладенец трябва да се изследва на всеки шест до дванадесет месеца, тъй като условията на подземните води могат да се променят според сезона.

Може ли този калкулатор да се използва за аквариумна вода? Да. Много видове риби и растения се нуждаят от определен диапазон на твърдост, така че изчисляването на стойността в ppm или градуси на аквариумната вода помага тя да се съобрази с тези изисквания.

Източници

1. Световна здравна организация. Твърдост на питейната вода, 2011.
2. Геоложка служба на Съединените щати. Твърдост на водата, Water Science School, 2019.
3. Американска асоциация по водоснабдяване. Качество и пречистване на водата: наръчник за питейната вода, 6-то изд., 2014.