Давным-давно люди заметили, что одежда после стирки в одном водоёме остаётся мягкой, тогда как стирка в другом водоёме делает рубаху грубой и жёсткой. Так и поделилась вода на «мягкую» и «жесткую».
С точки зрения химии
Если максимально упростить объяснение, жесткой называют воду с большим содержанием солей щёлочноземельных металлов, в основном, кальция и магния (а точнее, катионов этих металлов). Измеряют количество «солей жёсткости» в миллиграмм-эквивалентах на литр — мг-экв./л. Один мг-экв./л. означает, что в литре воды содержится 20,04 мг катионов Са или 12,16 мг катионов Mg.
Классификаций жёсткости воды существует несколько. В России вода считается жёсткой, если в ней более 10 мг-экв./л солей. Вода, в которой содержится от 2 до 10 мг-экв./л. солей, считается среднежёсткой, а вода с концентрацией солей менее 2 мг-экв./л. считается мягкой.
Интересный факт: дождевая вода мягкая, так как перед тем, как пролиться дождем, она испарялась. В процессе парообразования «соли жесткости» не могли испаряться вместе с ней, то есть были естественным образом отфильтрованы. Жесткой вода становится, проходя через почву и собирая соли из нее.
Почему вещи грубеют после стирки в жесткой воде?
Потому, что соли забивают пространство между нитями, делая их менее эластичными и грубыми. Кроме того, жесткая вода придает вещам неприятный серый или желтоватый оттенок. Конечно, от одной или нескольких стирок в такой воде ничего не случится, но регулярное её использование сократит срок службы вещи и срок ее хорошего внешнего вида.
Жесткость воды бывает постоянной и временной
Гидрокарбонаты магния и кальция делают воду временно жёсткой, так как они распадаются при кипячении и выпадают в виде нерастворимого осадка. Накипь на дне и стенках чайника — это, чаще всего карбонаты магния и кальция, образовавшиеся из гидрокарбонатов с выделением воды и углекислого газа.
Магниевые и кальциевые соли серной, соляной, азотной и других сильных кислот не разлагаются при кипячении, вода с большим количеством таких солей всё равно остается жесткой, отсюда и название «постоянная жесткость».
Способы превращения жёсткой воды в мягкую
1. Системы, работающие по принципу обратного осмоса
Этим способом убирается как временная, так и постоянная жёсткость. Принцип действия — фильтрация воды через молекулярную мембрану, проницаемую только в одну сторону и задерживающую практически все соли.
2. С помощью электрического поля (электродиализ)
Установки для смягчения воды действуют по тому же принципу, что и системы обратного осмоса, и также используют специальные мембраны для удаления ионов жесткости, но на ионы дополнительно действует электрическое поле.
3. Термоподготовка
Способ подходит для смягчения воды с временной жесткостью (при кипячении воды карбонатные соли выпадают в осадок и затем удаляются). Метод этот низкопроизводительный, применяется для подготовки воды в бытовых условиях, а также для ТЭЦ и некоторых других промышленных предприятий.
4. Умягчение воды с помощью реактивов
Обычно используется сода, гашеная известь, натрийсодержащие соединения, тринатрийфосфат, другие полифосфаты. В результате взаимодействия добавленных реактивов с растворенными в воде ионами соли кальция и магния преобразуются в нерастворимые вещества, выпадающие в осадок. Это способ сложен технологически, требует точного расхода реактивов и удаления осадка. Применяется на предприятиях с высоким расходом воды.
Вода, получаемая таким способом, не подходит для пищевых целей.
5. Очистка с помощью ионообменных смол
Проходя через ионообменные смолы, вода отдает ионы кальция и магния, получая взамен ионы натрия, калия или водорода. Соли натрия и калия растворимы, поэтому осадок не образуется.
С помощью этого метода можно значительно снизить как временную, так и постоянную жесткость воды, особенно, если применять многоступенчатую очистку (пропускать воду через смолы несколько раз). Метод подходит для промышленного использования.
6. Дистилляция воды
Самый энергозатратный способ, позволяющий избавиться от любых солей жёсткости. Применяется в лабораторной практике, в медицине и фармацевтике.
7. С помощью магнитного поля
На трубы устанавливают постоянные магниты, которые изменяют структуру солей жесткости. Вода при этом не становится мягкой, но соли при нагревании не образуют нерастворимых соединений, накипь не откладывается на стенках чайников, кофеварок, ТЭНов и насосов стиральных и посудомоечных машин; трубы и шланги не засоряются. К тому же накипь, уже имеющаяся на стенках, постепенно становится пористой и легче удаляется разными средствами. Метод подходит для бытовых целей, получения воды в небольших количествах.
Способ позволяет, в том числе, улучшить качество воды с высоким содержанием железа (его концентрация в воде снижается).
8. Очистка с помощью ультразвука
Ультразвуковые колебания способствуют образованию кристаллов солей в толще воды, отталкивая их от поверхности труб и оборудования. Таким образом, накипь не образуется.
Как видите, способов умягчения воды много. Выбор того или иного метода зависит от конкретных качеств воды, а также целей, для которых нужна мягкая вода.