Жесткость воды и её влияние на живые организмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное собрание по здравоохранению и социальному развитию

Дальневосточный Государственный Медицинский Университет

РЕФЕРАТ

на тему: Жесткость воды и её влияние на живые организмы

Выполнила студентка

101 группы МБХ

Аношкина Юлия

Преподаватель: Лопатина Н.Н.

г. Хабаровск, 2014

Содержание

1. Введение

2. Основные тезисы и понятия темы "Жесткость воды"

2.1 Жесткость воды

2.2 Виды жесткости воды

3. Единицы измерения жесткости воды

4. Способы устранения жесткости воды

5. Жесткость воды в Хабаровском крае

1. Введение

Жизнь людей без воды невозможно представить. Мы её пьём, а также применяем в других целях: стирка белья, приготовление пищи, промышленное производство и т.д. Столь частое использование воды требует внимательного отношения к её качеству. Именно поэтому необходимо проводить анализ и экспертизу воды.

2. Основные тезисы и понятия темы "Жесткость воды"

2.1 Жесткость воды

Жёсткость воды -- совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»).

В связи с тем, что вода является хорошим растворителем можно сказать, что в природе нет совершенно чистой воды, хотя бы потому что растворяет на своем пути многие соединения и вещества, становясь сразу же смесью многих растворенных веществ. Образовавшаяся смесь содержит многие ионы, в частности ионы кальция и магния, которые обуславливают жесткость воды. Причем чем больше ионов кальция и магния, тем жестче вода. В большей степени жесткость воды связана с катионами кальция (Са²⁺) и в меньшей степени магния (Mg²⁺). Все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды, так как они, взаимодействуя с анионами, образуют соединения, выпадающие в осадок. Одновалентные катионы таким свойством не обладают.

В таблице 1 приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и главные анионы, с которыми они объединяются, образуя соответствующие соединения.

Таблица 1.

Катионы, анионы и соединения, обуславливающие жесткость воды

Из-за ничтожно малого оказания влияния на жесткость воды наличием в ней стронция, железа и марганца пренебрегают. Малая растворимость в природных водах алюминия и трехвалентного железа вносит очень малый «вклад» в жесткость воды, которым так же пренебрегают. Влияние ионов бария не учитывается из-за незначительного их нахождения в воде.

Жесткость может создать проблемы. Катионы Ca и Mg взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости) способные выпадать в осадок(Ca²⁺ взаимодействует с HCO₃^-, Mg²⁺ с SO₄^2-). Жесткость воды во многом определяет пригодность воды для использования как промышленных, так и в бытовых целях.

жесткость вода умягчение

2.2 Виды жесткости воды

Различают следующие виды жесткости:

I. общая жесткость (карбонатная -- временная или устранимая) - обусловленная концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН > 8.3) солей кальция и магния Са(НСО₃)₂; Mg(НСО₃)₂. Устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной жесткостью.

II. некарбонатная - обусловленная концентрацией в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Присутствуют сульфаты и хлориды кальция и магния сульфатов и хлоридов Са и Mg (CaSO₄, CaCl₂, MgSO₄, MgCl₂).. При кипячении не устраняется (постоянная жесткость).

III. общая жесткость - представляет собой сумму карбонатной и некарбонатной жесткости.

3. Единицы измерения жесткости воды

Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов кальция и магния. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации --моль на кубический метр (моль/мі), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграммы эквивалента на литр (мг-экв/л).

В СССР до 1952 года использовали градусы жёсткости, совпадавшие с немецкими. В России для измерения жёсткости иногда использовалась нормальная концентрация ионов кальция и магния, выраженная в миллиграммах эквивалента на литр (мг-экв/л). Один мг-экв/л соответствует содержанию в литре воды 20,04 миллиграмм Ca²⁺ или 12,16 миллиграмм Mg²⁺ (атомная масса делённая на валентность).

С 1 января 2005 года в России введен новый Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости». По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж). 1 °Ж соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его миллимоля на литр (1 °Ж = 1 мг-экв/л).

Иногда указывают концентрацию, отнесённую к единице массы, а не объёма, особенно, если температура воды может изменяться или если вода может содержать пар, что приводит к существенным изменениям плотности.

В разных странах использовались (иногда используются до сих пор) различные внесистемные единицы -- градусы жёсткости.

По величине общей жёсткости различают воду мягкую (до 2 °Ж), средней жёсткости (2-10 °Ж) и жёсткую (более 10 °Ж).

В мировой практике приняты единицы измерения жесткости, которые определенным образом соотносятся друг с другом (табл. 2).

Таблица 2.

Единицы жесткости воды

Таблица наглядно иллюстрирует гораздо более «жесткий» подход к проблеме жесткости воды. В таблице 3 представлены значения жесткости воды.

Таблица 3.

Значения жесткости воды

Из таблицы видно, что различные источники информации и ГОСТы разных стран по-разному измеряют жесткость воды:

-мягкая и очень мягкая лежит в диапазоне 0--4,0 мг-экв;

-умеренно жесткая, средней жесткости и достаточно жесткая располагается в диапазоне 4,0--8,0 мг-экв;

-жесткая и очень жесткая имеет значения 8,0--12,0 и более 12 мг-экв;

Жесткость поверхностных вод, как правило, меньше жесткости вод подземных. Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья, когда обильно разбавляется мягкой дождевой и талой водой. Морская и океаническая вода имеют очень высокую жесткость (десятки и сотни мг-экв/дм³).

4. Способы устранения жесткости воды

Термоумягчение. Основан на кипячении воды, в результате термически нестойкие гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются с образованием накипи:

Ca(HCO₃)₂ > CaCO₃v + CO₂ + H₂O.

Кипячение устраняет только временную (карбонатную) жёсткость. Находит применение в быту.

Реагентное умягчение. Метод основан на добавлении в воду кальцинированной соды Na₂CO₃ или гашёной извести Ca(OH)₂. При этом соли кальция и магния переходят в нерастворимые соединения и, как следствие, выпадают в осадок. Например, добавление гашёной извести приводит к переводу солей кальция в нерастворимый карбонат:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ > 2CaCO₃v + 2H₂O

Лучшим реагентом для устранения общей жесткости воды является ортофосфат натрия Na₃PO₄, входящий в состав большинства препаратов бытового и промышленного назначения:

3Ca(HCO₃)₂ + 2Na₃PO₄ > Ca₃(PO₄)₂v + 6NaHCO₃

3MgSO₄ + 2Na₃PO₄ > Mg₃(PO₄)₂v + 3Na₂SO₄

Ортофосфаты кальция и магния очень плохо растворимы в воде, поэтому легко отделяются механическим фильтрованием. Этот метод оправдан при относительно больших расходах воды, поскольку связан с решением ряда специфических проблем: фильтрации осадка, точной дозировки реагента.

Некорбонатную жесткость можно умягчить, обрабатывая воду гашеной известью или содой. Она не устраняется кипячением. Так как такая жесткость не дает осадков, и не испаряется при кипячении.

CaSO₄ + Na₂CO₃ >CaCO₃v + Na₂SO₄

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ > CaCO₃v + H₂O

MgSO₄ + Ca(OH)₂ > Mg(OH)₂v + CaSO₄v

Для устранения ионов кальция и магния можно использовать фосфат натрия, буру, поташ и другие химические соединения:

CaSO₄ + K₂CO₃ > CaCO₃v + K₂SO₄

MgSO₄ + Na₂B₄O₇*10H₂O > MgB₄O₇v + Na₂SO₄

CaSO₄ + Na₃PO₄ > Ca₃(PO₄)₂v + Na₂SO₄

Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость воды. Общую жесткость можно удалить действием соды и известкового молока (содово-известковый способ). Показатель жесткости воды не постоянен.

Устранить жесткость - значит получить нерастворимые соли. При этом образуется накипь СаСO₃ и MgCO₃ . Накипь плохо проводит тепло, вызывает увеличение расхода топлива.

Катионирование. Метод основан на использовании ионообменной гранулированной загрузки (чаще всего ионообменные смолы). Такая загрузка при контакте с водой поглощает катионы солей жёсткости (кальций и магний, железо и марганец). Взамен, в зависимости от ионной формы, отдаёт ионы натрия или водорода. Эти методы соответственно называются Na-катионирование и Н-катионирование. При правильно подобранной ионообменной загрузке жёсткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 °Ж, при двухступенчатом -- до 0,01 °Ж. В промышленности с помощью ионообменных фильтров заменяют ионы кальция и магния на ионы натрия и калия, получая мягкую воду.

Обратный осмос. Метод основан на прохождении воды через полупроницаемые мембраны (как правило, полиамидные). Вместе с солями жёсткости удаляется и большинство других солей. Эффективность очистки может достигать 99,9 %.

Различают нанофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам нанометров) и пикофильтрацию (условный диаметр отверстий мембраны равен единицам пикометров).

В качестве недостатков данного метода следует отметить:

- необходимость предварительной подготовки воды, подаваемой на обратноосмотическую мембрану;

- относительно высокая стоимость 1 л получаемой воды (дорогое оборудование, дорогие мембраны);

- низкую минерализацию получаемой воды (особенно при пикофильтрации). Вода становится практически дистиллированной и, в соответствии с рекомендациями ВОЗ, не рекомендована к регулярному употреблению в пищевых целях.

Электродиализ. Основан на удалении из воды солей под действием электрического поля. Удаление ионов растворенных веществ происходит за счёт специальных мембран. Так же как и при использовании технологии обратного осмоса, происходит удаление и других солей, помимо ионов жёсткости.

Полностью очистить воду от солей жёсткости можно дистилляцией.

5. Жесткость воды в Хабаровском крае

Вода с жесткостью менее 4 ммоль/дм³ считается мягкой. Вода в р. Амуре очень мягкая. Жесткость амурской воды в основном определяется содержанием кальция, концентрация которого находится в пределах 7-16 мг/дм³ (для сравнения в р. Волге - 60 мг/дм³), что составляет 70-75 % от общей жесткости. Жесткость заметно меняется по сезонам года. Максимальная жесткость повсеместно достигается в зимнюю межень. При этом наибольшие значения жесткости наблюдаются в верхнем течении р. Амура - до 3,4 ммоль/дм³, наименьшие - в низовьях (до Комсомольска-на-Амуре) - 0,83 ммоль /дм³. Летом содержание солей жесткости уменьшается в 3-4 раза. Самая маленькая жесткость отмечается в периоды паводков: в верховьях менее 0,25 ммоль /дм³, в нижнем течении - 0,32 ммоль /дм³.

В воде р. Амура кальций и магний присутствуют в форме бикарбонатов Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂. В целом по своему минеральному составу вода р. Амура характеризуется как бикарбонатная, кальциевая, нейтральная.

Согласно нормам физиологической потребности в пищевых веществах и энергии для человека среднего возраста суточная потребность кальция составляет 800 мг, для детей - до 1500 мг. Жители Дальнего Востока испытывают дефицит кальция, так как его мало в питьевой воде и недостаточно потребление продуктов богатых кальцием, в первую очередь молочных. Потребление газированных вод и напитков, получивших большое распространение, способствует выведению кальция из организма.

Размещено на Allbest.ru