Độ cứng của nước là lượng muối hòa tan và không hòa tan, chủ yếu là canxi và magiê, có trong nước tự nhiên. Nồng độ càng cao, độ cứng càng lớn. Lượng muối dư thừa có thể gây đóng cặn trong hệ thống cấp nước, nhanh chóng làm hỏng các thiết bị, phụ kiện đường ống và thiết bị thủy lực.
Để xác định chính xác độ cứng của nước (lượng muối gây độ cứng hòa tan, nồng độ sắt, lưu huỳnh, magiê, canxi, v.v.), người ta tiến hành các xét nghiệm trong phòng thí nghiệm (ví dụ: tại trạm vệ sinh dịch tễ) bằng phương pháp phân tích hóa học hoặc thiết bị chuyên dụng. Tại nhà, độ cứng của nước được xác định bằng que thử hoặc máy thử.
Nước thông thường không chỉ bao gồm các nguyên tử hydro và oxy; nó còn chứa một lượng lớn các tạp chất khác nhau. Sự hiện diện của các tạp chất này quyết định độ cứng của nước, và các đơn vị đo (°Ж—độ cứng) cho biết giá trị này vượt quá giới hạn cho phép bao nhiêu.
Độ cứng của nước cần được xác định không chỉ bởi các kỹ sư lắp đặt đường ống nước mà còn bởi người dân bình thường trong cuộc sống hàng ngày. Nếu chúng ta sử dụng ấm đun nước điện hoặc máy giặt có chức năng đun nóng, mọi thứ có thể hoạt động không trơn tru nếu độ cứng của nước quá cao. Bạn thậm chí khó có thể hòa tan xà phòng đúng cách trong nước như vậy.
Bài viết này sẽ trình bày chi tiết cách xác định độ cứng của nước máy, cũng như các phương pháp xử lý lượng tạp chất cao.
- Nước cứng và nước mềm – sự khác biệt là gì?
- Chúng ta hãy cùng xem xét các loại độ cứng khác nhau.
- Đơn vị đo độ cứng
- Nguyên nhân gây ra độ cứng của nước
- Các phương pháp loại bỏ độ cứng
- Độ cứng của nước ảnh hưởng đến chất lượng nước như thế nào?
- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
- Các phương pháp xác định độ cứng của nước
- Phần kết luận
Nước cứng và nước mềm – sự khác biệt là gì?
Lượng muối trong nước bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của canxi và magiê hòa tan. Sự hiện diện của sắt hydrat, thường có hàm lượng dư thừa trong nước giếng phun, cũng có thể làm tăng đáng kể nồng độ muối.
Khi các tạp chất đó có mặt với số lượng nhỏ, nó được gọi là "mềm". Chất chỉ thị này thường được chia thành ba loại:
- Mềm mại.
- Trung bình.
- Khó.
Mềm mạiTôi là nước mưa hoặc nước cất. Loại nước này hầu như không chứa tạp chất khoáng.
Trong hầu hết các trường hợp, nó cũng có thể thu được bằng cách đun sôi lâu hoặc thêm các chất phản ứng hóa học đặc biệt.
Trung bình — thường được tìm thấy trong các hệ thống cấp nước, cũng như trong nước suối và nước phun.
Khó Loại nước này bao gồm nước biển, nước đại dương và nước chảy ra từ các tầng đá giàu khoáng chất. Nó có thể chứa một lượng lớn muối hòa tan. Tính theo phần trăm, độ mặn có thể đạt tới 33% tổng thể tích.
Chúng ta hãy cùng xem xét các loại độ cứng khác nhau.
Chỉ số này thường được chia thành các loại sau.
- Hằng số - là một chỉ số không thay đổi, phụ thuộc vào hàm lượng sulfat và clorua.
- Độ cứng tạm thời là do sự hiện diện của các bicacbonat canxi và magie. Loại độ cứng này được đặt tên theo khả năng gần như được trung hòa hoàn toàn bằng cách đun sôi.
- Độ cứng tổng thể đạt được bằng cách cộng các chỉ số cố định và tạm thời.
Để xác định chính xác chỉ số này, cần phải biết các đơn vị đo lường nào có thể được sử dụng để thực hiện việc đó.
Đơn vị đo độ cứng
Để tính toán chính xác độ cứng của nước, cần phải xác định nồng độ các cation canxi và magiê. Hiện nay, chỉ số này được đo bằng các đơn vị sau:
- Mol/m3 (mol trên mét khối) – được sử dụng ở Nga cho đến năm 2014.
- °Ж (độ cứng) – đơn vị đo này đã được sử dụng ở Nga từ năm 2014.
- dH (độ Đức) là đơn vị đo lường được sử dụng ở các nước châu Âu.
- fo (bằng cấp tiếng Pháp) - cũng được sử dụng ở các nước châu Âu.
- ppm CaCO3 (độ Mỹ) là đơn vị đo lường được sử dụng ở các tiểu bang Bắc Mỹ.
Cần lưu ý rằng ở nước ta, cách biểu thị độ cứng tổng cộng tính bằng mol/m3 chỉ mới bắt đầu được sử dụng từ năm 1952. Trước thời điểm đó, các phép tính được thực hiện bằng độ, tương đương với độ hiện đại của Đức.
Từ năm 2014, Nga đã áp dụng tiêu chuẩn quốc tế để tính độ cứng của nước, được biểu thị bằng độ (°J). Một độ J bằng 1/2 milimol trên lít chất lỏng, giúp dễ dàng tính toán nồng độ của một chất trong chất lỏng.
Nguyên nhân gây ra độ cứng của nước
Trong chu trình nước tự nhiên, chất lỏng chuyển thành hơi nước và bay lên tầng khí quyển phía trên. Sau khi ngưng tụ, nó rơi xuống dưới dạng mưa và không chứa bất kỳ tạp chất nào ảnh hưởng đến độ cứng của nước. Tuy nhiên, khi đi qua lớp vỏ trái đất, chất lỏng hòa tan nhiều loại đá chứa kali và magiê. Khi hấp thụ các nguyên tố này, độ cứng của nước tăng lên. Ở biển, nước luôn cứng do nồng độ natri clorua cao.
Nếu cần giảm nồng độ ion kali và magiê, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để giảm lượng tạp chất muối.
Các phương pháp loại bỏ độ cứng
Để khắc phục hàm lượng muối quá cao, người ta sử dụng các phương pháp sau:
- Đun sôi loại bỏ hoàn toàn độ cứng tạm thời của nước. Quá trình này đi kèm với một lượng lớn cặn lắng xuống đáy và thành bể đun sôi.
- Về mặt hóa học, bạn có thể giảm lượng muối bằng cách sử dụng vôi tôi. Thêm soda vào vôi cũng có thể loại bỏ độ cứng vĩnh viễn.
- Làm đông lạnh là một phương pháp đơn giản để xử lý nước cứng dai dẳng. Để làm mềm nước, chỉ cần làm đông lạnh nước đến trạng thái mà tỷ lệ nước và đá không quá 10%. Phần nước không đông lạnh sau đó được rút ra, và phần nước ở dạng rắn được làm tan chảy và sử dụng.
- Chưng cất - tất cả các loại muối đều là chất không bay hơi, vì vậy chỉ cần chuyển nước thành hơi nước bằng cách đun nóng rồi ngưng tụ là đủ.
- Phương pháp làm mềm bằng điện từ sử dụng từ trường để làm mềm chất lỏng. Phương pháp giảm lượng muối trong nước này thường được sử dụng trong hệ thống nồi hơi.
- Trao đổi cation là một phương pháp rất hiệu quả để loại bỏ lượng muối dư thừa khỏi nước. Quá trình tinh chế diễn ra bằng cách cho nước đi qua một lớp nhựa trao đổi cation.
Bất kỳ phương pháp làm mềm nước nào được đề xuất đều có thể xử lý được nồng độ cao của chỉ số này, nhưng các phương pháp hóa học thường không được sử dụng để loại bỏ muối khỏi nước uống.
Độ cứng của nước ảnh hưởng đến chất lượng nước như thế nào?
Độ cứng của nước uống chủ yếu ảnh hưởng đến vị của nó. Ngưỡng vị giác của ion canxi trong nước uống là 2-6 mg-eq/L. Ngưỡng vị giác của ion magiê thấp hơn đáng kể, vì vậy nước uống có vị dễ chịu nhất được coi là nước có ngưỡng vị giác từ 1,6 đến 3 mg-eq/L.
Trong một số trường hợp, nước có độ cứng lên đến 10 mg-eq/l vẫn có thể dùng để uống, nhưng việc sử dụng lâu dài có thể ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Không nên sử dụng nước quá cứng trong các thiết bị làm nóng chất lỏng.Ấm đun nước điện, bình đun nước nóng, máy giặt và máy rửa chén đều có bộ phận làm nóng, và các bộ phận này nhanh chóng bị bám cặn, làm giảm hiệu quả của quá trình làm nóng.
Việc sử dụng lâu dài bình đun nước điện bị đóng cặn dày sẽ dẫn đến quá nhiệt và hỏng hóc. May mắn thay, có thể loại bỏ cặn bằng cách hòa tan hai gói axit citric vào 1 lít nước và đun sôi kỹ ấm đun nước hoặc bất kỳ thiết bị đun nước nào khác. Sau đó, rửa sạch thiết bị và tiếp tục sử dụng như bình thường.
Ảnh hưởng đến sức khỏe con người
Việc tiêu thụ nước cứng trong thời gian dài có thể gây ra những bất thường nghiêm trọng trong cơ thể, chủ yếu ảnh hưởng đến chức năng của các cơ quan sau:
- Hệ tiêu hóa (GIT) Khi các muối có trong nước cứng kết hợp với chất béo động vật, chúng tạo thành các muối axit béo, bám vào thành dạ dày và ruột, ngăn cản quá trình lên men bình thường và làm chậm đáng kể nhu động ruột. Kết quả là, các chất độc hại và độc tố tích tụ trong cơ thể, dẫn đến rối loạn hệ vi sinh đường ruột.
- Chức năng chung Khi một số loại muối nhất định xâm nhập vào cơ thể người, chúng tạo thành các chất vô cơ và cuối cùng thay thế dịch khớp. Sự thay thế này dẫn đến việc các tinh thể đóng cặn trong khớp, gây đau dữ dội khi vận động. Sử dụng nước cứng lâu dài có thể dẫn đến viêm khớp và viêm đa khớp.
- Hệ tim mạch — Khi độ cứng của nước uống tăng lên đáng kể, chức năng tim sẽ suy giảm, thậm chí dẫn đến rối loạn nhịp tim nghiêm trọng.
- Tình trạng da Nước cứng dẫn đến lão hóa da sớm. Tác hại này được nhận thấy cả khi uống nước và khi rửa chén. Khi nước rửa chén tiếp xúc với nước cứng, một lớp màng sẽ hình thành, khi bám vào da sẽ gây ảnh hưởng tiêu cực lâu dài đến các lớp trên cùng của biểu bì.
- Sự hình thành sỏi thận Tuyên bố này là một quan niệm sai lầm, đã được chứng minh là không đúng nhờ các nghiên cứu khoa học. Quá trình hình thành sỏi thận không phụ thuộc vào chất lượng nước uống. Sỏi thận chủ yếu hình thành do cơ thể thiếu canxi. Sự thiếu hụt nguyên tố này dẫn đến việc canxi bị rút ra từ xương và lắng đọng trong hệ tiết niệu.
Tất cả các bệnh tật và tình trạng sức khỏe nêu trên đều có thể phòng tránh được bằng cách sử dụng hệ thống lọc nước nhiều tầng. Mặc dù các thiết bị này có giá thành không cao, nhưng việc điều trị nhiều bệnh khác nhau lại khá tốn kém.
Các phương pháp xác định độ cứng của nước
Để tránh những tác hại đến sức khỏe do nước cứng gây ra và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị sưởi ấm, cần phải xác định lượng muối kali và magiê hòa tan trong nước. Việc này khó xác định chỉ bằng vị giác, vì chỉ khi vượt quá một mức nhất định thì mới phát hiện được sự thay đổi.
Để xác định nồng độ cao của các muối kali, magiê và natri tại nhà, bạn có thể sử dụng các phương pháp sau:
- Hãy thử hòa tan xà phòng trong nước; nếu không tạo bọt, nước đó rất cứng và không nên sử dụng.
- Nếu một lượng lớn cặn vôi hình thành trong ấm đun nước hoặc thiết bị khác trong một thời gian ngắn, thì chắc chắn nước đã vượt quá giới hạn an toàn cho giá trị đó.
- Sử dụng que thử chỉ thị, bạn có thể xác định chính xác hơn lượng muối trong chất lỏng, nhưng phương pháp này đòi hỏi một khoản đầu tư nhỏ. Để tiến hành thử nghiệm, chỉ cần nhúng que thử chỉ thị vào nước trong vài giây, và sau một phút, so sánh màu sắc của nó với bảng màu được cung cấp trong hướng dẫn.
Phần kết luận
Việc biết độ cứng của nước được sử dụng cho sinh hoạt, sưởi ấm và các thiết bị làm nóng nước khác là rất quan trọng. Sử dụng các đơn vị đo lường chính xác trong các tính toán tại nhà không phải lúc nào cũng cần thiết.
Ngược lại, trong ngành công nghiệp hóa chất và các ngành công nghiệp công nghệ cao khác, cần phải biết lượng muối hòa tan trong nước đến từng miligam, vì vậy bất kỳ đơn vị đo lường nào cho chỉ số này được đề xuất trong bài viết này đều có thể được sử dụng để xác định và, nếu cần, giảm lượng muối trong nước.
