Co Oznacza Twarda Woda? Definicja i Skutki
- Szczegóły
Twarda woda to woda zawierająca rozpuszczone jony soli wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺), głównie wodorowęglanów, chlorków i siarczanów, oraz niewielkie ilości jonów soli innych pierwiastków chemicznych - żelaza (Fe²⁺), baru (Ba²⁺), manganu (Mn²⁺) oraz strontu (Sr²⁺).
Twardość wody spowodowana jest obecnością rozpuszczonych jonów soli wapnia (Ca²⁺) oraz soli magnezu (Mg²⁺), obecnych w wodzie głównie w postaci wodorowęglanów (Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂), chlorków (CaCl₂, MgCl₂) oraz siarczanów (VI) (CaSO₄, MgSO₄). Woda twarda zawiera również niewielkie ilości jonów soli innych pierwiastków chemicznych, jak żelazo (II) (Fe²⁺), bar (Ba²⁺), mangan (Mn²⁺) oraz stront (Sr²⁺).
Sole wapnia i magnezu, odpowiedzialne za twardość wody, podczas jej ogrzewania wytrącają się w postaci trudno rozpuszczalnych osadów (powstawanie kamienia kotłowego złożonego głównie z węglanu magnezu, węglanu i siarczanu wapnia) oraz utrudniają działanie środków myjących i piorących (tworzenie się nierozpuszczalnych osadów mydeł wapniowych oraz magnezowych).
W jej skład wchodzą również rozpuszczone chlorki, sulfidy, krzemiany i azotany. Twarda woda zawiera także wodorowęglan wapnia. Woda twarda, którą czerpiemy ze źródeł podziemnych, ma różną mineralizację, która zmienia się w zależności od geologicznego składu ziemi przez którą przechodzą warstwy wodonośne.
Rodzaje Twardości Wody
Twardość całkowita (twardość ogólna) wody składa się z:
Przeczytaj także: Definicja i zastosowanie odwróconej emoji uśmiechu
- Twardości przejściowej (twardości nietrwałej, przemijającej, węglanowej), spowodowanej obecnością wodorowęglanów wapnia i magnezu (Ca(HCO₃)₂ i Mg(HCO₃)₂,), zanikającej podczas ogrzewania wody wskutek wytrącania się nierozpuszczalnych węglanów (CaCO₃, MgCO₃).
- Twardości trwałej (twardości pozostającej, niewęglanowej, siarczanowej), nie zanikającej podczas ogrzewania wody, spowodowanej obecnością chlorków i siarczanów (VI) wapnia i magnezu (CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄).
Skala Twardości Wody
Twardość wody na obszarze Polski określana jest na podstawie zawartości węglanu wapnia (CaCO₃) w 1 dm³ wody (H₂O) [mg CaCO₃/dm³ H₂O].
Powyższa klasyfikacja uwzględnia pięć stopni twardości wody:
- Woda bardzo miękka (< 100 mg CaCO₃/dm³ H₂0)
- Woda miękka (100-200 mg CaCO₃/dm³ H₂O)
- Woda średnio twarda (200-350 mg CaCO₃/dm³ H₂O)
- Woda twarda (350-550 mg CaCO₃/dm³ H₂O)
- Woda bardzo twarda (˃ 550 mg CaCO₃/dm³ H₂O)
Powszechnie używana jest również skala twardości wody oparta na stopniach niemieckich (°n, °d, °dH) odpowiadających zawartości jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) przeliczonej na zawartość tlenku wapnia (CaO) w wodzie. 1 stopień niemiecki (1°n) w tej skali odpowiada 10 mg CaO w 1 dm³ wody oraz 17,86 mg CaCO₃/dm³ H₂O.
Powyższa klasyfikacja uwzględnia pięć stopni twardości wody:
- Woda bardzo miękka (< 5,6°n)
- Woda miękka (5,6-11,2°n)
- Woda średnio twarda (11,2-19,6°n)
- Woda twarda (19,6-30,8°n)
- Woda bardzo twarda (˃ 30,8°n)
Dopuszczalna twardość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi wyrażona zawartością węglanu wapnia (CaCO₃) w 1 dm³ wody wynosi 60-500 mg CaCO₃/dm³ H₂O; typowa twardość wody kranowej wyrażona za pomocą niemieckiej skali twardości wody wynosi ok. 10°n.
Przeczytaj także: Znaczenie emotikonu odwróconej koperty w komunikacji
Skutki Twardej Wody
Obecność twardej wody w instalacjach zawsze jest przyczyną licznych problemów. Do najczęstszych należy występowanie osadów wapnia, czyli tak zwanego „kamienia kotłowego”. Tworzy on brązową, białą lub szarą powłokę (niekiedy warstwę) na powierzchniach wodnych technologii, powodując zarastanie wymienników ciepła, instalacji, zaworów oraz rurociągów.
Wówczas skraca się okres funkcjonalności wymienionych elementów instalacji. Typowym zjawiskiem twardej wody - najbardziej widocznym dla klienta jest biały osad-szron najczęściej widoczny na kabinie prysznicowej na kranach, wapienny nalot pojawia się również wewnątrz instalacji wewnętrznych wodnych oraz grzewczych w postaci - „kamienia kotłowego”. Można go zaobserwować w postaci białej, szarej lub brązowej powłoki.
Kamień kotłowy poprzez osiadanie powoduje znaczne obniżenie efektywności pracy pieca oraz systematyczne zarastanie instalacji, powoduje znaczne zwiększenie kosztów eksploatacji oraz obniżenie czasu ich żywotności. Powoduje również szereg zagrożeń. Zarastające instalacje będą sprzyjały rozwojowi biofilmu co może spowodować zakażenie instalacji bakteriami.
Twardość przejściowa wody spowodowana obecnością wodorowęglanów wapnia i magnezu (Ca(HCO₃)₂ i Mg(HCO₃)₂) stanowi główną przyczynę odkładania się stałego i bardzo twardego osadu na wewnętrznych ścianach urządzeń ogrzewających wodę (np. kotłach parowych, bojlerach, przewodach rurowych, chłodnicach, czajnikach) bądź na powierzchni elementów grzejnych (np. grzałkach elektrycznych).
Osad ten, zwany kamieniem kotłowym, składa się głównie z trudno rozpuszczalnych węglanów i siarczanów, jak węglan magnezu (MgCO₃), węglan wapnia (CaCO₃) i siarczan (VI) wapnia (CaSO₄). Kamień kotłowy tworzy się wskutek termicznego rozkładu wodorowęglanów, zachodzącego tym szybciej im wyższa jest temperatura ogrzewania wody.
Przeczytaj także: Woda miękka i średnio twarda
Kamień kotłowy osadzający się na ścianach przewodów rurowych doprowadzających ciepłą wodę zmniejsza ich średnicę, co skutkuje spadkiem ich przepustowości. Warstwa twardego osadu odkładająca się na elementach grzejnych źle przewodzi ciepło, co wpływa na znaczne obniżenie sprawności urządzeń ogrzewających wodę oraz wzrost kosztów ich użytkowania; może również przyczynić się do ich zniszczenia wskutek miejscowego przegrzewania ścian wewnętrznych przyspieszającego procesy korozyjne, złuszczania się fragmentów kamienia kotłowego oraz uszkodzeń powstających w wyniku naprężeń cieplnych.
Twarda woda cechuje się wysokim napięciem powierzchniowym, które wzrasta wraz ze wzrostem stopnia twardości. Skutkiem tego zjawiska jest słabsza zwilżalność, czyli słabsza zdolność wody do utrzymywania kontaktu z daną powierzchnią stałą, co przekłada się na utrudnione czyszczenie zabrudzonych powierzchni. Obecność utwardzaczy, czyli jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) odpowiedzialnych za twardość wody, utrudnia pienienie się mydła i innych środków piorących.
Mydło, np. stearynian sodu (C₁₇H₃₅COONa), pod wpływem tych jonów wytrąca się w postaci nierozpuszczalnego osadu mydła wapiennego bądź mydła magnezowego.
Tworzenie się osadów mydła wapiennego lub magnezowego w wodzie twardej skutkuje zwiększonym zużyciem mydła (około 150 g mydła na 100 dm³ wody kranowej o twardości 10°n), które pieni się i wykazuje swe działanie piorące dopiero po strąceniu się wszystkich utwardzaczy.
Detergenty syntetyczne, których grupa zjonizowana grupa karboksylowa jest zablokowana poprzez związanie z innymi polarnymi (rozpuszczalnymi w wodzie) grupami funkcyjnymi, nie mogą reagować z jonami wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺), w związku z czym wykazują działanie piorące również w wodzie twardej.
Zmiękczanie Wody
Zmiękczanie wody jest procesem usuwania jonów wapniowych (Ca²⁺) i magnezowych (Mg²⁺) przeprowadzanym w celu zapobieżenia osadzania się kamienia kotłowego w urządzeniach ogrzewających wodę bądź wytrącania się osadów mydeł wapniowych i magnezowych, które znacznie osłabiają działanie mydeł i innych środków piorących.
Usuwanie twardości wody odbywa się z wykorzystaniem destylacji (odmineralizowanie wody), metody termicznej (ogrzewanie wody), metody chemicznej (dodawanie środków strącających) oraz metody fizykochemicznej (wykorzystanie wymieniaczy jonowych, czyli jonitów).
Metoda termiczna zmiękczania wody polega na podgrzaniu wody twardej do temperatury powyżej 37°C i wykorzystywana jest do usuwania twardości przemijającej, czyli węglanowej. Obecne w twardej wodzie jony wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) oraz jony wodorowęglanowe (HCO₃¯) wytrącają się w postaci trudno rozpuszczalnego osadu węglanu wapnia i magnezu.
Usuwanie twardości węglanowej można również przeprowadzić z wykorzystaniem roztworu o odczynie zasadowym, np. roztworu wodorotlenku sodu (NaOH), węglanu sodu (Na₂CO₃) bądź wodorotlenku wapnia, czyli wody wapiennej (Ca(OH)₂).
Metoda chemiczna zmiękczania wody, wykorzystywana głównie do usuwania twardości trwałej (siarczanowej), polega na dodawaniu do wody twardej chemicznych środków strącających (zmiękczaczy), głównie węglanu wapnia, czyli sody (Na₂CO₃) i wodorotlenku wapnia (Ca(OH)₂), a także fosforanu sodu (Na₃PO₄), polifosforanu sodu (Na₅P₃O₁₀) oraz boraksu, czyli tetraboranu sodu (Na₂B₄O₇). Działanie tych środków polega na usuwaniu jonów wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺) poprzez ich wytrącanie w postaci nierozpuszczalnych osadów bądź wiązanie tych jonów w związki kompleksowe.
Fosforan sodu (Na₃PO₄) jest skuteczniejszym środkiem zmiękczającym wodę niż węglan sodu (Na₂CO₃) gdyż powstający w wyniku reakcji zmiękczania osad fosforanu wapnia (Ca₃PO₄) jest znacznie trudniej rozpuszczalny w wodzie niż osad węglanu wapnia (CaCO₃). Osady związków wapnia i magnezu poddawane są następnie odfiltrowaniu bądź pozostawiane są w zbiorniku do osadzenia.
Metoda fizykochemiczna zmiękczania wody polega na wykorzystaniu wymieniaczy jonowych, czyli jonitów - wielkocząsteczkowych substancji posiadających zdolność wymiany własnych jonów na jony wapnia (Ca²⁺) bądź jonu magnezu (Mg²⁺) odpowiedzialne za twardość wody. Wymiana jonowa odbywa się podczas przepuszczania wody twardej przez stanowiące jonit złoże syntetycznej żywicy organicznej (np. w formie sodowej).
Jonity po pełnym wykorzystaniu swej pojemności jonowej poddawane są procesowi regeneracji, która polega przepłukiwaniu złoża jonitu roztworem zawierającym jony (Na⁺), które uległy wymianie na jony powodujące twardość wody (Ca²⁺, Mg²⁺), np. roztworem soli kuchennej, czyli chlorku sodu (NaCl) bądź roztworem wodorotlenku sodu (NaOH).
Czy Twarda Woda Jest Zdrowa?
Twarda woda zawierająca minerały zazwyczaj jest dobra smakowo i wskazana do picia ze względów zdrowotnych. Termin „twarda woda” odnosi się do wody zawierającej rozpuszczone w niej naturalne minerały, których stężenie jest większe niż 60 miligramów na litr płynu.
Profesor Józef Górski z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu przekonuje, że twarda woda jest zdrowsza, ponieważ ma wyższą zawartość minerałów niż miękka woda. Pozytywnie wpływa na funkcjonowanie układu krążenia. Wspomaga układ trawienny.
Wapń pomaga pozbyć się nadmiaru tłuszczów i żółci, dzięki czemu można zapobiec zaparciom i zapewnić lepsze trawienie. Pomaga łagodzić objawy cukrzycy. Zapobiega nowotworzeniu. Wysoki poziom wapnia i magnezu stymuluje ludzki układ odpornościowy.
Na ogół twarda woda ma pozytywny wpływ na zdrowie osób pijących, jednak istnieją wyjątki. Interakcja między minerałami i mydłem sprawia, że trudniej ulega spienieniu i ma tendencję do tworzenia filmu, który osadza się na skórze.
Pozostający na niej produkt zakłóca barierę ochronną i blokuje pory, wysusza, prowadzi do powstawania wyprysków, a także zwiększa ryzyko rozwoju egzemy. Podobnie dzieje się z włosami, które z powodu stają się matowe, suche i łatwo się rozdwajają.
Tabela Stopni Twardości Wody
| Stopień twardości wody | [mmol/l] | [mg CaCO3/dm³ H₂O] | [°n] |
|---|---|---|---|
| Woda bardzo miękka | poniżej 1,5 | < 100 | < 5,6 |
| Woda miękka | 1,5 - 2,5 | 100-200 | 5,6-11,2 |
| Woda średnio twarda | Powyżej 2,5 | 200-350 | 11,2-19,6 |
| Woda twarda | 350-550 | 19,6-30,8 | |
| Woda bardzo twarda | > 550 | > 30,8 |
Źródło: Na podstawie danych zawartych w artykule.
tags: #co #oznacza #woda #twarda #definicja
