تُعرف عسر الماء بكمية الأملاح الذائبة وغير الذائبة، وخاصة الكالسيوم والمغنيسيوم، الموجودة في المياه الطبيعية. كلما زاد تركيز الأملاح، زادت عسر الماء. ويمكن أن تؤدي زيادة الأملاح إلى تراكم الترسبات الكلسية في شبكات إمداد المياه، مما يُلحق الضرر سريعًا بالأجهزة المنزلية، وتركيبات السباكة، والمعدات الهيدروليكية.
لتحديد عسر الماء بدقة (كمية الأملاح الذائبة المسببة للعسر، وتركيز الحديد والكبريت والمغنيسيوم والكالسيوم، إلخ)، تُجرى اختبارات معملية (على سبيل المثال، في محطة صحية وبائية) باستخدام التحليل الكيميائي أو أجهزة متخصصة. أما في المنزل، فيُحدد عسر الماء باستخدام شرائط أو أجهزة اختبار.
لا يتكون الماء العادي من ذرات الهيدروجين والأكسجين فحسب، بل يحتوي أيضاً على عدد كبير من الشوائب المختلفة. ويحدد وجود هذه الشوائب درجة عسر الماء، وتشير وحدات القياس (درجة العسر) إلى مدى تجاوز هذه القيمة للحدود المقبولة.
لا يقتصر تحديد صلابة الماء على المهندسين القائمين بتركيب خطوط المرافق، بل يشمل أيضاً عامة الناس في حياتهم اليومية. فإذا استخدمنا غلاية كهربائية أو غسالة مزودة بخاصية التسخين، فقد تتعطل جميع الأجهزة إذا كانت صلابة الماء مرتفعة للغاية. ومن غير المرجح حتى أن تتمكن من إذابة الصابون بشكل صحيح في مثل هذه المياه.
ستتناول هذه المقالة بالتفصيل كيفية تحديد مستوى صلابة مياه الصنبور، بالإضافة إلى طرق مكافحة المستويات العالية من الشوائب.
الماء العسر والماء اليسر - ما الفرق بينهما؟
تتأثر كمية الملح في الماء بوجود الكالسيوم والمغنيسيوم المذابين. كما أن وجود هيدرات الحديد، التي غالباً ما توجد بكميات زائدة في المياه الجوفية، يمكن أن يزيد من هذه الكمية بشكل ملحوظ.
عندما توجد هذه الشوائب بكميات صغيرة، يُطلق عليها اسم "الشوائب اللينة". وعادةً ما يتم تقسيم هذا المؤشر إلى ثلاث فئات:
- ناعم.
- متوسط.
- قاسٍ.
ناعمأنا ماء مطر أو ماء مقطر. هذا الماء خالٍ عملياً من الشوائب المعدنية.
في معظم الحالات، يمكن الحصول عليه أيضاً نتيجة للغليان المطول أو إضافة كواشف كيميائية خاصة.
متوسط — يوجد في أغلب الأحيان في أنظمة إمداد المياه، وكذلك في مياه الينابيع والمياه الارتوازية.
قاسٍ تشمل هذه الفئة مياه البحر، ومياه المحيطات، والمياه المتدفقة من طبقات الصخور الغنية بالرواسب المعدنية. وقد تحتوي على كميات كبيرة من الأملاح الذائبة، حيث تصل نسبة الملوحة إلى 33% من الحجم الكلي.
دعونا نلقي نظرة على الأنواع المختلفة للصلابة
ينقسم هذا المؤشر عادةً إلى الفئات التالية.
- الثابت - هو مؤشر غير متغير يعتمد على محتوى الكبريتات والكلوريدات.
- تنتج العسر المؤقت عن وجود بيكربونات الكالسيوم والمغنيسيوم. سُمّي هذا النوع من العسر بهذا الاسم لقدرته على أن يُعادل تقريبًا بشكل كامل بالغليان.
- يتم الحصول على الصلابة الكلية عن طريق جمع المؤشرات الثابتة والمؤقتة.
من أجل تحديد هذا المؤشر بدقة، من الضروري معرفة وحدات القياس التي يمكن استخدامها للقيام بذلك.
وحدات قياس الصلابة
لحساب عسر الماء بدقة، من الضروري تحديد تركيز كاتيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. ويُقاس هذا المؤشر حاليًا بالوحدات التالية:
- مول/م3 (مول لكل متر مكعب) - مستخدم في روسيا حتى عام 2014.
- °Ж (درجات الصلابة) - تم استخدام وحدة القياس هذه في روسيا منذ عام 2014.
- dH (الدرجة الألمانية) هي وحدة قياس تستخدم في الدول الأوروبية.
- fo (درجة فرنسية) - تستخدم أيضًا في الدول الأوروبية.
- جزء في المليون من كربونات الكالسيوم (درجات أمريكية) هي وحدة قياس تستخدم في ولايات أمريكا الشمالية.
تجدر الإشارة إلى أنه في بلدنا، لم يبدأ استخدام التعبير عن الصلابة الكلية بوحدة مول/م3 إلا في عام 1952. قبل ذلك الوقت، كانت الحسابات تتم بالدرجات، والتي كانت تساوي الدرجة الألمانية الحديثة.
منذ عام 2014، اعتمدت روسيا معياراً دولياً لحساب عسر الماء، يُعبر عنه بالدرجات (°J). وتساوي درجة J الواحدة نصف ملي مول لكل لتر من السائل، مما يسهل حساب تركيز المادة في السائل.
أسباب عسر الماء
خلال دورة الماء الطبيعية، يتحول السائل إلى بخار ويصعد إلى طبقات الجو العليا. بعد التكثف، يهطل على شكل أمطار، ولا يحتوي على أي شوائب تؤثر على عسر الماء. مع ذلك، أثناء مروره عبر قشرة الأرض، يذيب السائل أنواعًا مختلفة من الصخور التي تحتوي على البوتاسيوم والمغنيسيوم. ومع امتصاصه لهذه العناصر، يزداد عسر الماء. في البحر، يكون الماء دائمًا عسرًا بسبب التركيز العالي لكلوريد الصوديوم.
إذا كان من الضروري تقليل تركيز أيونات البوتاسيوم والمغنيسيوم، فيمكن استخدام طرق مختلفة لتقليل كمية شوائب الملح.
طرق التخلص من الصلابة
لمكافحة المحتوى الملحي الزائد، تُستخدم الطرق التالية:
- يؤدي الغليان إلى إزالة الصلابة المؤقتة تمامًا. وتصاحب هذه العملية ترسب كمية كبيرة من الرواسب في قاع وجدران خزان الغليان.
- كيميائياً، يمكنك تقليل كمية الأملاح باستخدام الجير المطفأ. كما أن إضافة الصودا إلى الجير يمكن أن يزيل الصلابة الدائمة.
- يُعدّ التجميد طريقةً بسيطةً للتخلص من عسر الماء المستمر. لتليين الماء، يُجمّد ببساطة حتى لا تتجاوز نسبة الماء فيه 10% والجليد 90%. ثم يُصفّى السائل غير المتجمد، ويُذاب الماء المتجمد ويُستخدم.
- التقطير - جميع الأملاح مواد غير متطايرة، لذلك يكفي أولاً تحويل الماء إلى بخار عن طريق التسخين ثم تكثيفه.
- تستخدم عملية التليين الكهرومغناطيسي مجالاً كهرومغناطيسياً لتليين السوائل. وتُستخدم هذه الطريقة لتقليل الأملاح في الماء بشكل شائع في أنظمة الغلايات.
- يُعدّ التبادل الكاتيوني طريقة فعّالة للغاية لإزالة الأملاح الزائدة من الماء. وتتم عملية التنقية بتمرير الماء عبر طبقة من راتنج التبادل الكاتيوني.
يمكن لأي من طرق تليين المياه المقترحة التعامل مع المستويات العالية من هذا المؤشر، ولكن لا تُستخدم الطرق الكيميائية عادةً لإزالة الأملاح من مياه الشرب.
كيف تؤثر صلابة الماء على جودته؟
تؤثر صلابة مياه الشرب بشكل أساسي على مذاقها. يتراوح مستوى تذوق أيونات الكالسيوم في مياه الشرب بين 2 و6 ملغم/لتر. أما مستوى تذوق أيونات المغنيسيوم فهو أقل بكثير، لذا يُعتبر الماء ذو المذاق الأفضل هو الذي يتراوح مستوى تذوقه بين 1.6 و3 ملغم/لتر.
في بعض الحالات، يمكن استخدام المياه التي تصل صلابتها إلى 10 ملغم مكافئ/لتر للشرب، ولكن استخدامها على المدى الطويل يمكن أن يؤثر سلبًا على صحة الإنسان. لا يُنصح باستخدام الماء شديد العسر في أجهزة تسخين السوائل.تحتوي الغلايات الكهربائية وسخانات المياه والغسالات وغسالات الأطباق على عناصر تسخين، والتي سرعان ما تتغطى بالرواسب، مما يجعل عملية التسخين أقل كفاءة.
يؤدي الاستخدام المطوّل لسخان كهربائي تتراكم عليه طبقة سميكة من الترسبات الكلسية إلى ارتفاع درجة حرارته وتعطله. ولحسن الحظ، يمكن إزالة هذه الترسبات بإذابة عبوتين من حمض الستريك في لتر واحد من الماء، ثم غلي الغلاية أو أي سخان ماء آخر جيدًا. بعد ذلك، اشطف الجهاز جيدًا واستمر في استخدامه كالمعتاد.
التأثيرات على صحة الإنسان
قد يؤدي استهلاك الماء العسر لفترات طويلة إلى حدوث تشوهات خطيرة في جسم الإنسان، مما يؤثر بشكل أساسي على وظائف الأعضاء التالية:
- الجهاز الهضمي (GIT) عندما تتحد الأملاح الموجودة في الماء العسر مع الدهون الحيوانية، تتشكل أملاح الأحماض الدهنية التي تغلف جدران المعدة والأمعاء، مما يعيق عملية التخمر الطبيعية ويبطئ حركة الأمعاء بشكل ملحوظ. ونتيجة لذلك، تتراكم المواد الضارة والسموم في الجسم، مما يؤدي إلى اختلال التوازن البكتيري.
- وظيفة المفصل عندما تدخل أنواع معينة من الأملاح إلى جسم الإنسان، فإنها تُشكّل مواد غير عضوية تُزيح في نهاية المطاف السائل الزلالي من المفاصل. ويؤدي هذا الإزاحة إلى ترسب بلورات على المفاصل، مما يُسبب ألمًا شديدًا عند الحركة. وقد يُؤدي استهلاك الماء العسر لفترات طويلة إلى التهاب المفاصل والتهاب المفاصل المتعدد.
- الجهاز القلبي الوعائي - مع زيادة كبيرة في صلابة مياه الشرب، تتدهور وظائف القلب، حتى تصل إلى حد عدم انتظام ضربات القلب الحاد.
- حالة جلدية يؤدي الماء العسر إلى شيخوخة الجلد المبكرة. وتظهر آثاره السلبية سواء عند شربه أو عند غسل الأطباق. فعندما يلامس سائل غسل الأطباق الماء العسر، تتشكل طبقة رقيقة، وعندما تستقر على الجلد، يكون لها تأثير سلبي طويل الأمد على الطبقات العليا من البشرة.
- تكوّن حصى الكلى هذه المقولة خرافة، دُحضت بفضل الأبحاث العلمية. لا تعتمد عملية تكوّن الحصى على جودة مياه الشرب. تتكوّن حصى الكلى أساسًا بسبب نقص الكالسيوم في الجسم. يؤدي نقص هذا العنصر إلى تسربه من العظام وترسبه في الجهاز البولي.
يمكن تجنب جميع الأمراض والحالات المذكورة أعلاه باستخدام أنظمة ترشيح المياه متعددة المراحل. ورغم أن هذه الأجهزة غير مكلفة، إلا أن علاج العديد من هذه الحالات قد يكون مكلفاً للغاية.
طرق تحديد عسر الماء
لتجنب الآثار الصحية السلبية للماء العسر وإطالة عمر أجهزة التدفئة، من الضروري تحديد الكمية التقريبية لأملاح البوتاسيوم والمغنيسيوم المذابة في الماء. قد يصعب تحديد ذلك عن طريق التذوق فقط، إذ لا يمكن اكتشاف التغيرات بهذه الطريقة إلا عند تجاوز مستوى معين.
لتحديد المستويات المرتفعة من أملاح البوتاسيوم والمغنيسيوم والصوديوم في المنزل، يمكنك استخدام الطرق التالية:
- حاول إذابة الصابون في الماء؛ إذا لم تتكون رغوة، فهذا يعني أن الماء عسر جداً ولا ينبغي استخدامه.
- إذا تشكلت كمية كبيرة من الترسبات الكلسية في غلاية أو جهاز آخر خلال فترة زمنية قصيرة، فإن الماء قد تجاوز بالتأكيد الحدود الآمنة لهذه القيمة.
- باستخدام شرائط الكشف، يمكنك تحديد كمية الأملاح في السائل بدقة أكبر، ولكن هذه الطريقة تتطلب استثمارًا بسيطًا. لإجراء الاختبار، ما عليك سوى غمس شريط الكشف في الماء لبضع ثوانٍ، وبعد دقيقة، قارن لونه بالجدول المرفق في التعليمات.
خاتمة
من الضروري معرفة مستوى عسر الماء المستخدم للشرب والتدفئة وأجهزة تسخين المياه الأخرى. ولا يُشترط دائمًا استخدام وحدات قياس دقيقة في الحسابات المنزلية.
في الصناعات الكيميائية وغيرها من الصناعات عالية التقنية، على العكس من ذلك، سيكون من الضروري معرفة كمية الأملاح المذابة في الماء بدقة تصل إلى المليغرام، لذلك يمكن استخدام أي وحدات قياس لهذا المؤشر المقترحة في هذه المقالة لتحديد كمية الأملاح في الماء، وإذا لزم الأمر، تقليلها.
