ความกระด้างของน้ำคือปริมาณของเกลือที่ละลายได้และละลายไม่ได้ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแคลเซียมและแมกนีเซียม ที่มีอยู่ในน้ำธรรมชาติ ยิ่งความเข้มข้นสูง ความกระด้างของน้ำก็ยิ่งสูง เกลือส่วนเกินสามารถทำให้เกิดคราบตะกรันสะสมในระบบจ่ายน้ำ ซึ่งจะสร้างความเสียหายให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า อุปกรณ์ประปา และอุปกรณ์ไฮดรอลิกได้อย่างรวดเร็ว
ในการตรวจสอบความกระด้างของน้ำอย่างแม่นยำ (ปริมาณเกลือที่ละลายในน้ำ ความเข้มข้นของเหล็ก กำมะถัน แมกนีเซียม แคลเซียม ฯลฯ) จำเป็นต้องทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการ (เช่น สถานีอนามัยและระบาดวิทยา) โดยใช้การวิเคราะห์ทางเคมีหรืออุปกรณ์เฉพาะทาง ส่วนที่บ้าน สามารถตรวจสอบความกระด้างของน้ำได้โดยใช้แถบทดสอบหรือเครื่องทดสอบ
น้ำธรรมดาไม่ได้ประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเท่านั้น แต่ยังประกอบด้วยสิ่งเจือปนต่างๆ จำนวนมาก การมีสิ่งเจือปนเหล่านี้เป็นตัวกำหนดความกระด้างของน้ำ และหน่วยวัด (°Ж—ระดับความกระด้าง) จะบ่งบอกว่าค่านี้เกินขีดจำกัดที่ยอมรับได้มากน้อยเพียงใด
ความกระด้างของน้ำนั้นไม่เพียงแต่จำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบโดยวิศวกรที่ติดตั้งท่อส่งน้ำเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประชาชนทั่วไปในชีวิตประจำวันด้วย หากเราใช้กาต้มน้ำไฟฟ้าหรือเครื่องซักผ้าที่มีฟังก์ชันทำความร้อน ทุกอย่างอาจทำงานผิดปกติได้หากความกระด้างของน้ำสูงเกินไป คุณอาจไม่สามารถละลายสบู่ได้อย่างทั่วถึงในน้ำที่มีความกระด้างสูงเช่นนั้นด้วยซ้ำ
บทความนี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการตรวจสอบระดับความกระด้างของน้ำประปา ตลอดจนวิธีการแก้ไขปัญหาน้ำที่มีสิ่งเจือปนในปริมาณสูง
น้ำกระด้างและน้ำอ่อน – แตกต่างกันอย่างไร?
ปริมาณเกลือในน้ำได้รับผลกระทบจากปริมาณแคลเซียมและแมกนีเซียมที่ละลายอยู่ นอกจากนี้ การมีอยู่ของเหล็กไฮเดรต ซึ่งมักพบในปริมาณมากในน้ำบาดาล ก็สามารถเพิ่มระดับเกลือในน้ำได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน
เมื่อมีสิ่งเจือปนดังกล่าวในปริมาณเล็กน้อย จะเรียกว่า "แบบอ่อน" ตัวบ่งชี้ชนิดนี้โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสามประเภท:
- อ่อนนุ่ม.
- เฉลี่ย.
- ยาก.
อ่อนนุ่มฉันคือน้ำฝนหรือน้ำกลั่น น้ำนี้แทบไม่มีแร่ธาตุเจือปนเลย
ในกรณีส่วนใหญ่ ยังสามารถได้มาจากการต้มเป็นเวลานานหรือการเติมสารเคมีพิเศษลงไปด้วย
เฉลี่ย — มักพบได้ในระบบประปา รวมถึงน้ำพุและน้ำบาดาล
ยาก หมวดหมู่นี้รวมถึงน้ำทะเล น้ำในมหาสมุทร และน้ำที่ไหลมาจากชั้นหินที่มีแร่ธาตุอุดมสมบูรณ์ ซึ่งอาจมีปริมาณเกลือละลายอยู่มาก โดยคิดเป็นเปอร์เซ็นต์แล้ว ความเค็มอาจสูงถึง 33% ของปริมาตรทั้งหมด
มาดูความแข็งแกร่งประเภทต่างๆ กัน
ตัวชี้วัดนี้โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นหมวดหมู่ดังต่อไปนี้
- ค่าคงที่ - เป็นตัวบ่งชี้ที่ไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของซัลเฟตและคลอไรด์
- ความกระด้างชั่วคราวเกิดจากการมีอยู่ของแคลเซียมและแมกนีเซียมไบคาร์บอเนต ความกระด้างประเภทนี้ได้ชื่อมาจากการที่สามารถลดความกระด้างลงได้เกือบหมดด้วยการต้ม
- ความแข็งแกร่งโดยรวมได้มาจากการบวกค่าคงที่และค่าชั่วคราวเข้าด้วยกัน
เพื่อให้สามารถกำหนดตัวบ่งชี้นี้ได้อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องทราบว่าสามารถใช้หน่วยวัดใดได้บ้าง
หน่วยวัดความแข็ง
ในการคำนวณความกระด้างของน้ำอย่างแม่นยำ จำเป็นต้องกำหนดความเข้มข้นของไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียม ปัจจุบัน ตัวบ่งชี้นี้วัดได้ในหน่วยต่อไปนี้:
- โมล/ลบ.ม. (โมลต่อลูกบาศก์เมตร) – เป็นหน่วยที่ใช้ในรัสเซียจนถึงปี 2014
- °Ж (ระดับความแข็ง) – หน่วยวัดนี้ถูกนำมาใช้ในรัสเซียตั้งแต่ปี 2014
- dH (องศาเยอรมัน) เป็นหน่วยวัดที่ใช้ในประเทศแถบยุโรป
- fo (หน่วยวัดระดับขั้นของฝรั่งเศส) - ใช้ในประเทศแถบยุโรปด้วยเช่นกัน
- ppm CaCO3 (องศาเซลเซียสของสหรัฐอเมริกา) เป็นหน่วยวัดที่ใช้ในรัฐต่างๆ ของทวีปอเมริกาเหนือ
ควรทราบว่าในประเทศของเรา การใช้หน่วยวัดความกระด้างรวมเป็น mol/m³ เพิ่งเริ่มใช้ในปี 1952 ก่อนหน้านั้น การคำนวณทำในหน่วยองศา ซึ่งเทียบเท่ากับองศาของเยอรมนีในปัจจุบัน
ตั้งแต่ปี 2014 รัสเซียได้นำมาตรฐานสากลสำหรับการคำนวณความกระด้างของน้ำมาใช้ โดยแสดงเป็นองศา (°J) หนึ่งองศา J เท่ากับ 1/2 มิลลิโมลต่อลิตรของเหลว ทำให้ง่ายต่อการคำนวณความเข้มข้นของสารในของเหลว
สาเหตุของความกระด้างของน้ำ
ในวัฏจักรของน้ำตามธรรมชาติ ของเหลวจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำและลอยขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศเบื้องบน หลังจากควบแน่นแล้วก็จะตกลงมาเป็นฝน และไม่มีสิ่งเจือปนใดๆ ที่ส่งผลต่อความกระด้างของน้ำ อย่างไรก็ตาม เมื่อของเหลวไหลผ่านเปลือกโลก มันจะละลายหินต่างๆ ที่มีโพแทสเซียมและแมกนีเซียม เมื่อดูดซับธาตุเหล่านี้ น้ำก็จะมีความกระด้างเพิ่มขึ้น ในทะเล น้ำจะมีความกระด้างอยู่เสมอเนื่องจากมีความเข้มข้นของโซเดียมคลอไรด์สูง
หากจำเป็นต้องลดความเข้มข้นของไอออนโพแทสเซียมและแมกนีเซียม สามารถใช้วิธีการต่างๆ เพื่อลดปริมาณสิ่งเจือปนของเกลือได้
วิธีการขจัดความแข็งเกร็ง
เพื่อแก้ไขปัญหาปริมาณเกลือในร่างกายสูงเกินไป จึงใช้วิธีการดังต่อไปนี้:
- การต้มช่วยขจัดความกระด้างชั่วคราวออกไปได้อย่างสมบูรณ์ กระบวนการนี้ทำให้เกิดตะกอนจำนวนมากตกตะกอนลงที่ก้นและผนังของถังต้ม
- ในทางเคมี คุณสามารถลดปริมาณเกลือได้โดยใช้ปูนขาว นอกจากนี้ การเติมโซดาลงในปูนขาวก็สามารถขจัดความกระด้างถาวรได้เช่นกัน
- การแช่แข็งเป็นวิธีง่ายๆ ในการจัดการกับปัญหาน้ำกระด้างเรื้อรัง ในการทำให้น้ำอ่อนลง เพียงแค่แช่แข็งน้ำจนเหลือปริมาณน้ำไม่เกิน 10% และน้ำแข็ง 90% จากนั้นจึงระบายของเหลวส่วนที่ไม่แข็งตัวออก และละลายน้ำแข็งส่วนที่เป็นน้ำเพื่อนำไปใช้
- การกลั่น - เกลือทุกชนิดเป็นสารที่ไม่ระเหย ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำก่อนโดยการให้ความร้อน แล้วจึงควบแน่นให้เป็นไอน้ำ
- การทำให้อ่อนตัวด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใช้วิธีการที่ทำให้ของเหลวอ่อนตัวลง วิธีการลดปริมาณเกลือในน้ำนี้มักใช้ในระบบหม้อไอน้ำเป็นส่วนใหญ่
- การแลกเปลี่ยนไอออนบวกเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดเกลือส่วนเกินออกจากน้ำ การทำให้บริสุทธิ์เกิดขึ้นโดยการส่งน้ำผ่านชั้นของเรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวก
วิธีการปรับสภาพน้ำที่เสนอมาทั้งหมดสามารถรับมือกับระดับสารบ่งชี้ดังกล่าวในระดับสูงได้ แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้วิธีทางเคมีในการกำจัดเกลือออกจากน้ำดื่ม
ความกระด้างของน้ำส่งผลต่อคุณภาพน้ำอย่างไร?
ความกระด้างของน้ำดื่มส่งผลต่อรสชาติเป็นหลัก ระดับความเข้มข้นของไอออนแคลเซียมในน้ำดื่มที่ร่างกายรับรู้ได้อยู่ที่ 2-6 มิลลิกรัม-เทียบเท่า/ลิตร ส่วนระดับความเข้มข้นของไอออนแมกนีเซียมนั้นต่ำกว่ามาก ดังนั้นน้ำดื่มที่มีรสชาติดีที่สุดจึงถือว่ามีระดับความเข้มข้นอยู่ที่ 1.6 ถึง 3 มิลลิกรัม-เทียบเท่า/ลิตร
ในบางกรณี น้ำที่มีความกระด้างสูงถึง 10 มิลลิกรัม-เทียบเท่า/ลิตร สามารถนำมาใช้ดื่มได้ แต่การใช้ในระยะยาวอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ได้ ไม่ควรใช้น้ำที่มีความกระด้างสูงในอุปกรณ์ทำความร้อนแบบใช้ของเหลวกาต้มน้ำไฟฟ้า เครื่องทำน้ำอุ่น เครื่องซักผ้า และเครื่องล้างจาน ล้วนมีองค์ประกอบความร้อน ซึ่งจะถูกเคลือบด้วยคราบสกปรกอย่างรวดเร็ว ทำให้กระบวนการทำความร้อนมีประสิทธิภาพลดลง
การใช้งานเครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้าเป็นเวลานานโดยมีคราบตะกรันเกาะหนาจะทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและเสียหายได้ โชคดีที่สามารถขจัดคราบตะกรันได้โดยการละลายกรดซิตริก 2 ซองในน้ำ 1 ลิตร แล้วต้มน้ำให้เดือดจัดในกาต้มน้ำหรือเครื่องทำน้ำอุ่นอื่นๆ หลังจากนั้นให้ล้างเครื่องให้สะอาดและใช้งานได้ตามปกติ
ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์
การดื่มน้ำกระด้างเป็นเวลานานอาจก่อให้เกิดความผิดปกติร้ายแรงในร่างกายมนุษย์ โดยส่วนใหญ่จะส่งผลกระทบต่อการทำงานของอวัยวะต่อไปนี้:
- ระบบทางเดินอาหาร (GIT) เมื่อเกลือที่พบในน้ำกระด้างรวมตัวกับไขมันสัตว์ จะเกิดเกลือกรดไขมันขึ้น ซึ่งจะไปเคลือบผนังกระเพาะอาหารและลำไส้ ขัดขวางกระบวนการหมักตามปกติและทำให้การเคลื่อนไหวของลำไส้ช้าลงอย่างมาก ส่งผลให้สารอันตรายและสารพิษสะสมในร่างกาย นำไปสู่ภาวะเสียสมดุลของจุลินทรีย์ในลำไส้
- การทำงานร่วมกัน เมื่อเกลือบางชนิดเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ เกลือเหล่านั้นจะก่อตัวเป็นสารอนินทรีย์ซึ่งในที่สุดจะไปแทนที่น้ำไขข้อในข้อต่อ การแทนที่นี้ส่งผลให้เกิดผลึกเกาะติดข้อต่อ ทำให้เกิดอาการปวดอย่างรุนแรงเมื่อเคลื่อนไหว การดื่มน้ำกระด้างเป็นเวลานานอาจนำไปสู่โรคข้ออักเสบและโรคข้ออักเสบหลายข้อได้
- ระบบหัวใจและหลอดเลือด — หากความกระด้างของน้ำดื่มเพิ่มขึ้นอย่างมาก การทำงานของหัวใจจะเสื่อมลง จนถึงขั้นเกิดภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะอย่างรุนแรงได้
- สภาพผิว น้ำกระด้างเป็นสาเหตุทำให้ผิวแก่ก่อนวัย ผลเสียดังกล่าวพบได้ทั้งในขณะดื่มและขณะล้างจาน เมื่อน้ำยาล้างจานสัมผัสกับน้ำกระด้าง จะเกิดฟิล์มขึ้น ซึ่งเมื่อเกาะติดบนผิวหนัง จะส่งผลเสียในระยะยาวต่อชั้นบนของผิวหนัง
- การก่อตัวของนิ่วในไต คำกล่าวนี้เป็นความเชื่อผิดๆ ที่ถูกหักล้างด้วยงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์แล้ว กระบวนการก่อตัวของนิ่วไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำดื่ม นิ่วในไตส่วนใหญ่เกิดจากการขาดแคลเซียมในร่างกาย การขาดธาตุนี้ส่งผลให้แคลเซียมถูกดึงออกจากกระดูกและสะสมอยู่ในระบบทางเดินปัสสาวะ
โรคภัยไข้เจ็บและอาการต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นสามารถป้องกันได้โดยใช้ระบบกรองน้ำหลายขั้นตอน แม้ว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะมีราคาไม่แพง แต่การรักษาอาการต่างๆ นั้นอาจมีค่าใช้จ่ายสูงมาก
วิธีการหาค่าความกระด้างของน้ำ
เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบด้านลบต่อสุขภาพจากน้ำกระด้างและยืดอายุการใช้งานของเครื่องทำความร้อน จำเป็นต้องตรวจสอบปริมาณโดยประมาณของเกลือโพแทสเซียมและแมกนีเซียมที่ละลายอยู่ในน้ำ ซึ่งอาจตรวจสอบได้ยากด้วยการชิมเพียงอย่างเดียว เนื่องจากจะตรวจพบการเปลี่ยนแปลงได้ก็ต่อเมื่อปริมาณเกินระดับที่กำหนดเท่านั้น
หากต้องการตรวจสอบปริมาณเกลือโพแทสเซียม แมกนีเซียม และโซเดียมในร่างกายที่สูงเกินปกติที่บ้าน คุณสามารถใช้วิธีการต่อไปนี้:
- ลองละลายสบู่ในน้ำดู ถ้าไม่เกิดฟอง แสดงว่าน้ำนั้นกระด้างมากและไม่ควรนำมาใช้
- หากเกิดคราบตะกรันจำนวนมากในกาต้มน้ำหรือเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่นๆ ภายในระยะเวลาอันสั้น แสดงว่าอุณหภูมิของน้ำสูงเกินขีดจำกัดที่ปลอดภัยอย่างแน่นอน
- การใช้แถบตรวจวัดช่วยให้คุณสามารถกำหนดปริมาณเกลือในของเหลวได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น แต่วิธีนี้ต้องใช้เงินลงทุนเล็กน้อย วิธีการทดสอบนั้นง่ายมาก เพียงแค่จุ่มแถบตรวจวัดลงในน้ำไม่กี่วินาที และหลังจากนั้นหนึ่งนาที ให้เปรียบเทียบสีของแถบตรวจวัดกับแผนภูมิที่ให้ไว้ในคำแนะนำ
บทสรุป
การทราบระดับความกระด้างของน้ำที่ใช้สำหรับดื่ม ทำความร้อน และเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับน้ำร้อนอื่นๆ นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง การใช้หน่วยวัดที่แม่นยำสำหรับการคำนวณในครัวเรือนนั้นไม่จำเป็นเสมอไป
ในทางตรงกันข้าม ในอุตสาหกรรมเคมีและอุตสาหกรรมไฮเทคอื่นๆ จำเป็นต้องทราบปริมาณเกลือที่ละลายในน้ำอย่างละเอียดถึงระดับมิลลิกรัม ดังนั้นหน่วยวัดใดๆ สำหรับตัวบ่งชี้ที่เสนอในบทความนี้จึงสามารถนำมาใช้เพื่อกำหนดและลดปริมาณเกลือในน้ำได้หากจำเป็น
