เครื่องคำนวณความกระด้างของน้ำ: วัดระดับแคลเซียมและแมกนีเซียม

เครื่องคำนวณความกระด้างของน้ำ

เครื่องคำนวณความกระด้างของน้ำจะแปลงปริมาณแคลเซียมและแมกนีเซียมในตัวอย่างน้ำให้เป็นค่าความกระด้างค่าเดียว โดยรายงานผลเป็นส่วนในล้านส่วน (ppm) ของแคลเซียมคาร์บอเนต เป็นองศาเยอรมัน (°dH) และองศาฝรั่งเศส (°f) พร้อมจัดประเภทน้ำว่าอ่อน กระด้างปานกลาง กระด้าง หรือกระด้างมาก

ความกระด้างของน้ำคืออะไร?

ความกระด้างของน้ำเป็นค่าที่ใช้วัดแร่ธาตุที่ละลายในน้ำ โดยหลักคือไอออนแคลเซียม (Ca²⁺) และแมกนีเซียม (Mg²⁺) แร่ธาตุเหล่านี้ละลายลงในน้ำขณะที่น้ำไหลผ่านดินและหิน โดยเฉพาะหินปูนและชอล์ก น้ำที่มีแคลเซียมและแมกนีเซียมละลายอยู่มากเรียกว่า “น้ำกระด้าง” ส่วนน้ำที่มีแร่ธาตุเหล่านี้อยู่น้อยเรียกว่า “น้ำอ่อน”

โดยทั่วไปความกระด้างไม่ได้ทำให้น้ำไม่ปลอดภัยต่อการดื่ม แต่มีผลต่อการเกิดฟองของสบู่และปริมาณตะกรันที่สะสมในท่อ กาต้มน้ำ และเครื่องทำน้ำร้อน

วิธีคำนวณความกระด้างของน้ำ

ความกระด้างรวมของน้ำแสดงเป็น ppm ของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) แม้ว่าความกระด้างจริงจะเกิดจากแร่ธาตุหลายชนิด สูตรที่ใช้ในที่นี้คือ:

ความกระด้างรวม (ppm CaCO₃) = (Ca²⁺ × 2.5) + (Mg²⁺ × 4.1) + แร่ธาตุอื่น ๆ

• Ca²⁺ คือความเข้มข้นของแคลเซียมในหน่วย ppm
• Mg²⁺ คือความเข้มข้นของแมกนีเซียมในหน่วย ppm
• แร่ธาตุอื่น ๆ คือความเข้มข้นรวมของแร่ธาตุอื่นใดที่ทำให้เกิดความกระด้างในหน่วย ppm

ตัวคูณ 2.5 สำหรับแคลเซียมและ 4.1 สำหรับแมกนีเซียม ใช้แปลงความเข้มข้นของไอออนแต่ละชนิดให้เป็นน้ำหนักเทียบเท่าแคลเซียมคาร์บอเนต

การแปลงเป็นหน่วยความกระด้างอื่น

เมื่อทราบค่ารวมในหน่วย ppm CaCO₃ แล้ว สามารถแปลงเป็นมาตราส่วนทั่วไปอีกสองแบบได้:

สำหรับน้ำ ตัวเลขในหน่วยส่วนในล้านส่วนและมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/L) ของ CaCO₃ มีค่าเท่ากัน และหน่วยนี้เป็นหน่วยมาตรฐานในสหรัฐอเมริกา องศาเยอรมันใช้กันทั่วไปในเยอรมนีและยุโรปกลาง ส่วนองศาฝรั่งเศสใช้กันทั่วไปในฝรั่งเศสและประเทศยุโรปอื่น ๆ หลายประเทศ

การจัดประเภทความกระด้างของน้ำ

เมื่อทราบค่าความกระด้างรวมในหน่วย ppm แล้ว ค่านี้จะอยู่ในหนึ่งในสี่ประเภทมาตรฐาน:

ตัวอย่างพร้อมวิธีทำ

สมมติว่าตัวอย่างน้ำมีความเข้มข้นของแคลเซียม 40 ppm ความเข้มข้นของแมกนีเซียม 10 ppm และมีแร่ธาตุอื่นที่ทำให้เกิดความกระด้าง 5 ppm

1. ส่วนที่มาจากแคลเซียม: 40 × 2.5 = 100 ppm CaCO₃
2. ส่วนที่มาจากแมกนีเซียม: 10 × 4.1 = 41 ppm CaCO₃
3. บวกแร่ธาตุอื่น ๆ: 100 + 41 + 5 = 146 ppm CaCO₃

ความกระด้างรวมเท่ากับ 146 ppm CaCO₃ เมื่อแปลงเป็นองศาเยอรมัน จะได้ 146 ÷ 17.848 ≈ 8.2 °dH เมื่อแปลงเป็นองศาฝรั่งเศส จะได้ 146 ÷ 10 = 14.6 °f เนื่องจาก 146 อยู่ระหว่าง 121 และ 180 ppm น้ำจึงจัดอยู่ในประเภทกระด้าง

วิธีใช้เครื่องคำนวณ

1. ป้อนความเข้มข้นของแคลเซียม (Ca²⁺) ในหน่วย ppm โดยปกติข้อมูลนี้มีอยู่ในรายงานคุณภาพน้ำหรือชุดทดสอบน้ำสำหรับใช้ในบ้าน
2. ป้อนความเข้มข้นของแมกนีเซียม (Mg²⁺) ในหน่วย ppm
3. ป้อนความเข้มข้นของแร่ธาตุอื่นที่ทำให้เกิดความกระด้างในหน่วย ppm หากทราบข้อมูล ช่องนี้ไม่บังคับกรอก
4. อ่านผลลัพธ์: ความกระด้างรวมในหน่วย ppm CaCO₃ ค่าเทียบเท่าในหน่วยองศาเยอรมันและองศาฝรั่งเศส และการจัดประเภทความกระด้าง
5. ใช้ปุ่ม “คัดลอกผลลัพธ์” เพื่อคัดลอกตัวเลขไปใส่ในรายงานหรือข้อความ

แหล่งข้อมูลความเข้มข้นของแร่ธาตุ

• รายงานคุณภาพน้ำ ผู้ให้บริการน้ำประปาส่วนใหญ่เผยแพร่รายงานประจำปี ซึ่งบางครั้งเรียกว่า รายงานความเชื่อมั่นของผู้บริโภค และระบุระดับแร่ธาตุไว้
• ชุดทดสอบน้ำสำหรับใช้ในบ้าน ชุดทดสอบราคาประหยัดสามารถวัดแคลเซียมและแมกนีเซียมได้โดยตรง โดยมักใช้แถบทดสอบหรือการทดสอบแบบไทเทรต
• การทดสอบโดยผู้เชี่ยวชาญ บริษัทบำบัดน้ำและหน่วยงานสาธารณสุขท้องถิ่นบางแห่งมีบริการทดสอบในห้องปฏิบัติการ
• น้ำจากบ่อบาดาล เนื่องจากน้ำจากบ่อบาดาลไม่อยู่ในรายงานของเทศบาล จึงควรตรวจสอบน้ำจากบ่อส่วนตัวโดยตรง โดยควรตรวจปีละครั้ง

ผลกระทบของความกระด้างของน้ำ

น้ำอ่อน (0–60 ppm) ทำให้สบู่เกิดฟองได้ง่ายและทิ้งตะกรันไว้น้อย สำหรับบางคนอาจมีรสจืด และในอาคารเก่าที่ใช้ท่อโลหะ น้ำอาจมีโอกาสดูดซับโลหะปริมาณร่องรอยจากระบบประปามากกว่า

น้ำกระด้างปานกลาง (61–120 ppm) อยู่กึ่งกลางระหว่างน้ำอ่อนกับน้ำกระด้าง มีแร่ธาตุละลายอยู่บ้าง แต่โดยทั่วไปไม่ค่อยทำให้เกิดตะกรันหรือปัญหาในการทำความสะอาดที่สังเกตได้

น้ำกระด้าง (121–180 ppm) ทำให้เกิดตะกรันที่มองเห็นได้บนอุปกรณ์ เครื่องใช้ และภาชนะแก้ว ต้องใช้สบู่หรือผงซักฟอกมากขึ้นเพื่อให้เกิดฟอง และอาจทำให้อายุการใช้งานของเครื่องทำน้ำร้อนสั้นลง

น้ำกระด้างมาก (มากกว่า 180 ppm) ทำให้เกิดตะกรันสะสมจำนวนมาก ลดประสิทธิภาพของสบู่อย่างชัดเจน และอาจทำให้น้ำมีรสชาติที่รู้สึกได้ บ้านที่ใช้น้ำกระด้างมากมักติดตั้งเครื่องทำน้ำอ่อน

ความกระด้างชั่วคราวและความกระด้างถาวร

บางครั้งความกระด้างจะแบ่งเป็นสองประเภทตามสาเหตุ ความกระด้างชั่วคราวเกิดจากไบคาร์บอเนตของแคลเซียมและแมกนีเซียม การต้มน้ำจะขับคาร์บอนไดออกไซด์ออกและทำให้ไบคาร์บอเนตเหล่านี้กลายเป็นตะกรันคาร์บอเนตแข็ง จึงทำให้เกิดคราบเกาะในกาต้มน้ำเมื่อใช้งาน ความกระด้างถาวรเกิดจากซัลเฟต คลอไรด์ และไนเตรตของแคลเซียมและแมกนีเซียม และไม่สามารถกำจัดได้ด้วยการต้ม โดยทั่วไปต้องใช้เครื่องทำน้ำอ่อนหรือการบำบัดทางเคมีรูปแบบอื่น เครื่องคำนวณความกระด้างจะรายงานค่ารวมของทั้งสองประเภท

การลดความกระด้างของน้ำ

• เครื่องทำน้ำอ่อนแบบแลกเปลี่ยนไอออน เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ใช้กันมากที่สุดในบ้าน โดยแลกเปลี่ยนไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมกับไอออนโซเดียมหรือโพแทสเซียม และต้องเติมเกลือเป็นระยะ
• การตกผลึกโดยใช้แม่แบบ (TAC) เป็นระบบที่ไม่ใช้เกลือ ซึ่งเปลี่ยนแร่ธาตุที่ละลายอยู่ให้เป็นผลึกขนาดเล็กที่แขวนลอยอยู่ในน้ำแทนที่จะก่อตัวเป็นตะกรันบนพื้นผิว
• รีเวิร์สออสโมซิส กำจัดแร่ธาตุที่ละลายอยู่ส่วนใหญ่ รวมถึงแร่ธาตุที่ทำให้เกิดความกระด้าง โดยบังคับให้น้ำไหลผ่านเยื่อกรองละเอียด ระบบนี้ใช้น้ำมากกว่าปริมาณน้ำที่ผลิตได้สำหรับใช้งาน
• การตกตะกอนทางเคมี ใช้เป็นหลักในงานอุตสาหกรรมเพื่อทำให้แร่ธาตุที่ทำให้เกิดความกระด้างตกออกจากสารละลาย

คำถามที่พบบ่อย

อะไรทำให้น้ำมีความกระด้าง ไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมที่ละลายอยู่ทำให้น้ำมีความกระด้าง ไอออนเหล่านี้เข้าสู่น้ำใต้ดินขณะที่น้ำไหลผ่านหินและดินที่มีหินปูน ชอล์ก หรือยิปซัม

น้ำกระด้างปลอดภัยต่อการดื่มหรือไม่ ปลอดภัย น้ำกระด้างไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ และแคลเซียมกับแมกนีเซียมในน้ำช่วยให้ได้รับแร่ธาตุจากอาหารเพิ่มขึ้นเล็กน้อย น้ำที่กระด้างมากอาจมีรสชาติไม่พึงประสงค์สำหรับบางคน

น้ำกระด้างทำให้ระบบประปาและเครื่องใช้ไฟฟ้าเสียหายหรือไม่ เมื่อเวลาผ่านไป อาจทำให้เสียหายได้ ตะกรันสะสมภายในท่อ เครื่องทำน้ำร้อน และเครื่องชงกาแฟ ซึ่งลดประสิทธิภาพและอาจทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

ความแตกต่างระหว่างความกระด้างของน้ำกับ TDS คืออะไร ของแข็งละลายทั้งหมด (TDS) ใช้วัดสารทุกชนิดที่ละลายในน้ำ รวมถึงโซเดียม คลอไรด์ และซัลเฟต ส่วนความกระด้างของน้ำวัดเฉพาะแคลเซียมและแมกนีเซียม น้ำอาจมีค่า TDS สูงแต่มีความกระด้างต่ำได้ หากสารที่ละลายอยู่ส่วนใหญ่ไม่ใช่แคลเซียมหรือแมกนีเซียม

ควรตรวจความกระด้างของน้ำบ่อยเพียงใด โดยทั่วไปน้ำประปาควรตรวจปีละครั้งโดยใช้รายงานคุณภาพน้ำของผู้ให้บริการ ส่วนน้ำจากบ่อบาดาลควรตรวจทุกหกถึงสิบสองเดือน เนื่องจากสภาพน้ำใต้ดินอาจเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล

เครื่องคำนวณนี้ใช้กับน้ำในตู้ปลาได้หรือไม่ ได้ ปลาและพืชหลายชนิดต้องการช่วงความกระด้างเฉพาะ การคำนวณค่า ppm หรือค่าองศาของน้ำในตู้ปลาจึงช่วยให้ปรับน้ำให้ตรงตามความต้องการได้

เอกสารอ้างอิง

1. องค์การอนามัยโลก ความกระด้างในน้ำดื่ม 2011
2. สำนักงานสำรวจธรณีวิทยาแห่งสหรัฐอเมริกา ความกระด้างของน้ำ Water Science School 2019
3. สมาคมกิจการน้ำแห่งอเมริกา คุณภาพและการบำบัดน้ำ: คู่มือเกี่ยวกับน้ำดื่ม ฉบับที่ 6, 2014