Czym jest twardość wody?
Twardość wody to jej właściwość chemiczna, spowodowana rozpuszczonymi w wodzie powszechnie występującymi składnikami naturalnymi, takimi jak sole wapnia Ca2+ i magnezu Mg2+, a także w znacznie mniejszym stopniu innymi substancjami, jak sole żelaza (II) Fe2+oraz manganu (II) Mn2+. Twardość wody zależy głównie od wielkości stężenia jonów wapnia oraz magnezu. Wzrost stężenia ww. jonów oznacza wzrost twardości wody.
Twardość wody w szerszym ujęciu zależeć będzie od zawartych w niej węglanów i wodorowęglanów, chlorków, siarczków (IV), a także krzemianów wapnia i magnezu. Zawartość oraz jakość rozpuszczonych w wodzie jonów powoduje konieczność rozróżnienia na przemijającą i nieprzemijającą twardość wody.
Rodzaje twardości wody
Twardość węglanowa/przemijająca wody
Twardość węglanowa wody wynika z obecności w niej węglanów i wodorowęglanów wapnia oraz magnezu. Jony wapniowe i magnezowe mogą występować w postaci węglanów Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2. Podczas gotowania wody wytrącają się one w postaci osadu węglanowego, ponieważ są one termicznie nietrwałe. Dlatego mówimy, że jest to przemijająca twardość wody.
Twardość niewęglanowa/nieprzemijająca wody
Twardość niewęglanowa wody powodują siarczany (VI), chlorki, azotany (V), a także inne rozpuszczalne w wodzie sole np. wapnia i magnezu – obecne w postaci CaCI2, MgCI2, CaSO2, 4MgS02, powodując twardość niewęglanową. Sole te pozostają w wodzie nawet po jej przegotowaniu. Stąd pochodzi określenie – nieprzemijająca twardość wody. Do usunięcia takiej twardości wykorzystuje się chemiczne zmiękczacze wody (np. węglan sodu).
Inny podział będzie wynikał z powiązania nazwy twardości wody z konkretnym rodzajem soli, który ją wywołuje. Dlatego wyróżniana jest również:
- Twardość wapniowa – związana z solami wapnia, które są rozpuszczalne,
- Twardość magnezowa – wywołana solami magnezu.
Twardość całkowita/ogólna będzie sumą stężeń jonów oraz ich poszczególnych twardości. Jest ona usuwana na kationicie silnie kwaśnym w procesie wymiany sodowej.
Twardość wody w Polsce
Woda z większości ujęć w Polsce charakteryzuje się wysoką zawartością związków wapnia i magnezu, czyli wysoką twardością. Twardość wody powoduje zbędne zużycie środków zmiękczających, powstawanie oraz osadzanie się kamienia kotłowego, który zmniejsza wydajność procesu grzewczego i znacznie zwiększa zużycie paliwa.
Znakomita większość mieszkańców Polski korzysta na co dzień z wody twardej lub średnio twardej. Przykładowa mapa twardości wody w Polsce znajduje się tutaj (kliknij).
Jednostki pomiaru twardości wody
Twardość wody wyrażana jest w jednostkach pomiarowych, pochodzących m.in. z przyjęcia odmiennych standardów w różnych krajach.
- Miligramorównoważniki (mval/l) substancji powodującej twardość na dm3 wody. 1 mval = 20,04 mg Ca2+/dm3; 1 mval = (0,5 mmol) jonów Ca2+; 1 mval = 50 mg CaCO3/dm3,
- Milimole (mmol/l) jonów wapnia i magnezu na dm3 wody. 1 mmol = 40,08 mg Ca2+/dm3
- Stopnie niemieckie (°n, °d, °dH; skala dGH). 1°dH = 10 mg CaO/dm3 wody; 1°dH= 0,357 mval CaO/dm3),
- Stopnie angielskie (°e). 1 st. niem. = 1,25° angielskiego,
- Stopnie francuskie (°f, °fH). 1 stopień niemiecki = 1,79° francuskiego,
- Ppm CaCO3 (ppm, ‰). Miara stosowana w USA. 1 ppm = 1 cząsteczka CaCO3/1 mln cząsteczek roztworu; 1 ppm (‰) = 0,02 mval/l, 1 ppm (‰) = 0,01 mmol/l.
Skala twardości wody wg różnych wskaźników
| lp. | Stopień twardości wody | Jednostka twardości wody | |||
| [mval/l] | [mg CaCO3] | [0N] | [mmol/l] | ||
1 | Woda bardzo miękka | <2 | <100 | <5,6 | <1 |
2 | Woda miękka | 2-4 | 100-200 | 5,6-11,2 | 1-2 |
3 | Woda średnio-twarda | 4-7 | 200-350 | 11,2-19,6 | 2-3,5 |
4 | Woda twarda | 7-11 | 350-550 | 19,6-30,8 | 3,5-5,5 |
5 | Woda bardzo twarda | >11 | >550 | >30,8 | >5,5 |
Tabela przeliczeniowa twardości wody wg różnych wskaźników
| Stopień francuski | Stopień niemiecki | mg CaCO3 | Stopień angielski | mval/l | mmol/l | ||
| Stopień francuski | – | 0,56 | 10,00 | 0,70 | 0,20 | 0,10 | |
| Stopień niemiecki | 1,79 | – | 17,86 | 1,25 | 0,36 | 0,18 | |
| mg CaCO3 | 0,10 | 0,056 | – | 0,07 | 0,02 | 0,01 | |
| Stopień angielski | 1,43 | 0,80 | 14,30 | – | 0,29 | 0,14 | |
| mval/l | 5,00 | 2,80 | 50,00 | 3,50 | – | 0,50 | |
| milimol/l | 10,00 | 5,60 | 100,00 | 7,00 | 2,00 | – | |
Woda bardzo miękka wykazuje twardość do 1,78 mval/dm3. Woda miękka od 1,78 do 3,57 mval/ dm3, woda twarda od 7,13 do 10,7 mval/ dm3, a bardzo twarda powyżej 10,7 mval/dm3.
Zalecenia odnośnie stopnia twardości wody
Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) zaleca, żeby woda przeznaczona do picia posiadała twardość ogólną zawartą w granicach: 1-10 mval/dm3 (50-500 mg/dm3 CaCo3).
W życiu codziennym twarda woda powoduje większe użycie środków myjących i piorących. Woda twarda ma także większe napięcie powierzchniowe. Tym samym utrudnia mycie oraz czyszczenie, ponieważ ciężej nią się zmywa brudne powierzchnie.
Woda do celów przemysłowych, na przykład stosowana do układów chłodzenia, w kotłowniach wodnych oraz parowych także musi spełniać określone parametry twardości, żeby spełniać normy techniczne.
Zwiększona twardość wody negatywnie wpływa na wszelkie urządzenia i linie przemysłowe, które wykorzystują taka wodę. Ma to szczególne znaczenie przy jej podgrzewaniu, gdzie woda taka wywołuje osad kamienia kotłowego.
