жесткость и щелочность воды в чем разница

viladamat.net

13 июня 2017 г. Автор: Мадху

СОДЕРЖАНИЕ

Что такое щелочность?

Рисунок 01: Щелочная вода в озере Моно

Что такое твердость?

Временная твердость

Постоянная твердость

Постоянная жесткость воды возникает из-за присутствия сульфата кальция. Его нельзя удалить кипятком.

Карбонат натрия может использоваться как для временной, так и для постоянной твердости для смягчения твердых отходов. Карбонат натрия растворяется в воде и обеспечивает достаточное количество ионов карбоната для реакции с ионами кальция в воде. Это помогает смягчить жесткую воду.

Жесткость воды можно легко определить титрованием ЭДТА. ЭДТА связывается как с ионами кальция, так и с ионами магния; следовательно, он может определить количество присутствующих ионов.

В чем сходство между щелочностью и жесткостью?

В чем разница между щелочностью и жесткостью?

Щелочность против жесткости

Щелочность и жесткость природной воды различаются. Эти параметры используются для определения качества воды. Основное различие между щелочностью и жесткостью заключается в том, что щелочность измеряет общее количество оснований, присутствующих в воде, тогда как жесткость измеряет общее количество (концентрацию) двухвалентных солей.

Скачать PDF-версию определения щелочности и жесткости

Вы можете скачать PDF-версию этой статьи и использовать ее в автономных целях в соответствии с примечаниями к цитированию. Пожалуйста, скачайте PDF-версию здесь. Разница между щелочностью и жесткостью.

Использованная литература:

Изображение предоставлено:

1. «Моно-озеро-туф-1981-003» Ричард Э. Эллис (CC BY 3.0) через Commons Wikimedia

Похожие сообщения:

Об авторе: Мадху

Мадху является выпускником биологических наук со степенью бакалавра (с отличием) и в настоящее время получает степень магистра в области промышленной химии и химии окружающей среды. С умом, прочно укоренившимся в основных принципах химии и страстью к постоянно развивающейся области промышленной химии, она очень заинтересована в том, чтобы быть настоящим компаньоном для тех, кто ищет знания в области химии.

Источник

Жесткость и щелочность воды в чем разница

Главная Вопросы и ответы Рыбы Аквариум

Вы должны регулярно производить тесты на щелочность, т.к. низкая щелочность позволит колебаться уровню pH, что принесет немало вреда для обитателей аквариума. Держите уровень щелочности в 2-4 dKH в мягкой воде, 8-12 dKH в жесткой и 7-10 dKH для морских аквариумов. Рыбы имеют различную приспособленность к щелочи, например, африканские живородящие цихлиды чувствуют себя комфортно при щелочности в 10- 17dKH, в то время, как Южноамериканские карликовые цихлиды всего в 1- 7 dKH.

В отличие от карбонатной жесткости, общая жесткость показывает общее количество минералов, растворенных в воде. Тесты для воды обычно показывают содержание солей кальция и магния в воде и результат показывают в dH и dGH. Этот показатель не критичен для большинства аквариумов, кроме тех, что населены животными и растениями с особенными условиями содержания. Например, в зависимости от растений, пресноводный аквариум может требовать общей жесткости в 3- 5 dKH. В то время, как аквариум с африканскими цихлидами потребует жесткости в 10-15 dKH.

Источник

pH, углекислый газ, щелочность и жесткость в пруду

Качество воды в пруду изменяется под действием нескольких химических веществ. Концентрация углекислого газа, pH, щелочность и жесткость взаимосвязаны и оказывают серьезное влияние на продуктивность пруда, уровень стресса, здоровье рыб, количество доступного кислорода и токсичность аммония и некоторых металлов. Большинство характеристик воды не постоянны. Концентрация углекислого газа и pH подвержены ежедневным флуктуациям. Щелочность и жесткость относительно стабильны, однако могут меняться с течением времени, обычно в течение недель и месяцев. Их стабильность зависит от pH или минерального состава толщи воды и донной породы.

pH и углекислый газ

Рыбы и другие позвоночные имеют кровь со значением pH 7.4. Кровь рыб находится в тесном контакте с водой (граница раздела – 1-2 клеточных слоя). В пруду рекомендуется поддерживать диапазон, близкий к pH крови рыб – 7.0-8.0. Если водородный показатель упадет ниже 5 единиц или поднимется выше 10 (т.е. низкая щелочность, вместе с активным фотосинтезом водорослей), рыба почувствует себя плохо и погибнет.

Значения pH в пруду варьируют в течение дня. Ночью концентрация растворенного кислорода снижается, потому что останавливается фотосинтез, растения и животные дышат и расходуют кислород. При плотной посадке концентрация углекислого газа становится высокой в результате дыхания. Свободный CO₂ реагирует с водой, приводя к возникновению угольной кислоты (H₂CO₃), и pH снижается:

В таблице обобщены относительные изменения концентрации растворенного кислорода, CO₂ и pH в течение 24 часов

Углекислый газ редко напрямую оказывает токсическое влияние на рыб. Однако его высокие концентрации снижают pH и, вследствие снижения pH в крови жабр, ограничивают возможность крови рыб переносить кислород. При заданной концентрации кислорода (например, 2 мг/л) рыба может задохнуться, когда уровень CO₂ высокий, либо остаться невредимой, когда уровень CO₂ низкий. Сом толерантен к концентрации CO₂ 20-30 мг/л, если газ накапливается постепенно и уровень кислорода 5 мг/л. В водохранилище или естественном пруду концентрация CO₂ редко превышает 5-10 мг/л.

Высокие значения концентрации углекислого газа практически всегда обусловлены низкими концентрациями растворенного кислорода (высокая дыхательная активность). Для повышения низких значений кислорода проводится аэрация воды. Она же помогает снизить высокий уровень CO₂, вследствие обратной диффузии газа в атмосферу. Хронически высокая концентрация CO₂ снижается внесением гидратной извести Ca(OH)₂. Примерно 1 мг/л извести удаляет 1 мг/л углекислого газа. Однако такую обработку нельзя производить в воде с плохими буферными свойствами (низкая щелочность), потому что pH поднимется до смертельного для рыб уровня. Кроме того, возникает опасность для рыб, если известь вносится в воду с избытком уровнем аммония. Высокий pH усугубляет токсическое влияние аммония.

Щелочность

Общая щелочность характеризует количество оснований, присутствующих в воде. Как правило, в пруду присутствуют карбонаты, бикарбонаты, гидроксиды, фосфаты и бораты. Карбонаты и бикарбонаты самые распространенные и наиболее важные компоненты щелочности. Этот показатель измеряется по количеству кислоты (H + ) в воде, которое может абсорбироваться (буферизация) перед достижением назначенного уровня pH. Общая щелочность выражается в мг/л или млн-1 карбоната кальция CaCO₃. Щелочности 20 мг/л более чем достаточно для хорошей продуктивности пруда. Желателен диапазон общей щелочности 75-200 мг/л CaCO₃.

Карбонатная-бикарбонатная щелочность (и жесткость) поверхностных и колодезных вод создается преимущественно в ходе взаимодействия растворенного в воде CO₂ и извести грунта. Дождевая вода имеет естественную кислую реакцию, потому что насыщена атмосферным углекислым газом. Как только она проходит сквозь почву, каждая капля насыщается CO₂, и pH снижается. Колодезная вода выкачивается из крупных, естественных подземных резервуаров (водоносный слой) или маленьких, локальных участков грунтовых вод (подземные воды). Обычно, грунтовая вода имеет высокую концентрацию CO₂, низкие pH и концентрацию кислорода. Накопление CO₂ в них обусловлено протеканием бактериальных процессов в почве и минеральных образованиях. Как только дождевая, подземная вода проходит пласт, содержащий кальциевый известняк CaCO₃ или доломитизированный известняк CaMg(CO₃)₂, происходит растворение минералов с образованием кальциевых и магниевых бикарбонатных солей:

В результате, возрастают щелочность, кислотность и жесткость воды.

Щелочность, pH и концентрация углекислого газа

В воде с умеренной или высокой щелочностью (хорошая буферная емкость) и схожим уровнем жесткости, pH был нейтральным или слегка основным (7.0 – 8.3) и не колебался в широких пределах. Более высокие концентрации CO₂ (т.е. угольная кислота) или другие кислоты требуют для снижения pH больше оснований, которые могли бы нейтрализовать или буферизировать кислоту.

В таблице можно видеть взаимосвязь между щелочностью, pH и концентрацией CO₂

Изменения pH в течение 24 часов в воде с высокой и низкой щелочностью Значения фактора для расчета концентрации углекислого газа в воде с известным pH, температурой и щелочностью (Tucker (1984). При pH выше 8.4 концентрация CO2 незначительна

Число (фактор), отмеченный в таблице и соответствующий определенным значениям pH и температуры, умножается на значение щелочности (мг/л CaCO₃). Результат этого уравнения позволяет оценить концентрацию CO₂ (мг/л).

Например, в пруду с сомами pH = 7.2, температура = 25°C, и общая щелочность = 103 мг/л. Значение фактора = 0.124. Концентрация углекислого газа равна = 0.124 x 103 мг/л щелочности = 12.8 мг/л CO₂.

Для минимизации ошибки этих расчетов необходимо в течение 30 минут регистрировать pH. Вследствие нескольких источников погрешности предпочтительно прямое измерение концентрации углекислого газа при помощи химических тестов.

Щелочность, pH и фотосинтез

Основания, обуславливающие щелочность, влияют и нейтрализую кислоты. Карбонаты и бикарбонаты могут реагировать с кислотами и щелочами, и буферизировать (минимизировать) изменения pH среды. Кислотность воды с высокими буферными свойствами колеблется в пределах 6.9-9 единиц. В воде с низкими буферными свойствами pH может достигать угрожающе низких (углекислый газ и угольная кислота образуются вследствие дыхания) или угрожающе высоких значений (высокая активность фотосинтеза).

Фитопланктон представляет собой микроскопические или около микроскопические водные растения, ответственные за продукцию значительной части кислорода в пруду и реализацию фотосинтеза. При стабильном значении pH около 6.5 или выше, щелочность улучшает продуктивность фитопланктона, потому что повышает доступность нутриентов (растворимые фосфаты). Щелочность выше 20 мг/л захватывает CO₂ и увеличивает его концентрацию, доступную для фотосинтеза.

Так как фитопланктон использует CO₂ в фотосинтезе, pH в воде возрастает со снижением концентрации углекислого газа и угольной кислоты. Кроме того, фитопланктон и другие растения переводят бикарбонаты (HCO₃ — ) в углекислый газ для фотосинтеза и высвобождает карбонаты:

Высвободившийся при посредничестве растительной биомассы карбонат из бикарбоната, может вызывать значительное возрастание pH (выше 9) в периоды активного фотосинтеза фитопланктона. Этот подъем pH наблюдается при низкой щелочности воды (20-50 мг/л) или в воде с умеренной и высокой карбонатной щелочностью (75-200 мг/л) и жесткостью менее 25 мг/л. Высокая бикарбонатная щелочность в мягкой воде обусловлена карбонатами натрия и калия, более водорастворимыми, чем карбонаты кальция и магния, влияющими на жесткость. Если присутствуют кальций, магний и образующийся фотосинтетический карбонат, когда pH выше 8.3, формируется известняк. Пруды с щелочностью ниже 20 мг/л обычно не имеют вспышек роста водорослей и, соответственно, вызванного фотосинтезом, резкого подъема pH.

Жесткость

Жесткость является важным показателем воды при культивировании рыб. В гидрохимическом анализе он обычно присутствует. Жесткость определяется по концентрации двухвалентных ионов — кальцием, магнием и/или железом. Она может включать смесь двухвалентных солей, но кальций и магний всегда преобладают.

Традиционно, жесткость измеряется в ходе химического титрования. Жесткость образцов воды выражается в миллиграммах на литр в эквиваленте карбоната кальция (мг/л CaCO₃). Кальциевая карбонатная жесткость основной индикатор количества двухвалентных солей, который не проводит различий между кальцием, магнием и солями других двухвалентных элементов.

Часто жесткость путают с щелочностью (общая концентрация оснований). Путаница возникает из-за того, что оба параметра измеряются в мг/л эквивалента CaCO₃. Если известняк ответственен за оба параметра, жесткость и щелочность, их концентрация будет схожей. Однако, если в растворе, где на щелочность влияет NaHCO3, жесткость будет низкой, а щелочность, напротив, высокой. Кислые, подземные и колодезные воды могут иметь низкую или высокую жесткость и очень низкую щелочность (либо вообще не иметь её).

Кальций и магний важны для протекания ряда биологических процессов в организме рыб (формирование костей и чешуи, свертывании крови и других метаболических реакциях). Рыбы способны абсорбировать кальций и магний непосредственно из воды или с кормом.

Кальций наиболее важный двухвалентный элемент в культуральной воде. Присутствие свободного (ион) кальция в воде помогает снизить потери других солей (т.е. натрия и калия) из внутренних жидкостей рыб (крови). Натрий и калий входят в состав крови рыб. Они участвуют в реализации ряда процессов, в том числе, деятельности сердца, иннервации и мышечной деятельности. Исследования показали, что кальций окружающей среды также требуется для ре-абсорбции потерянных солей натрия и калия. В воде с низкой концентрацией кальция моет наблюдаться утечка значительных количеств натрия и калия в воду. Для вторичного впитывания этих элементов затрачивается энергия тела. Для некоторых видов рыб (Sciaenops ocellatus, Morone saxatilis) для выживания важно высокое значение кальциевой жесткости.

Рекомендуемый диапазон свободного кальция в культуральной воде составляет 25-100 мг/л (65-250 мг/л CaCO₃). Канальный сом толерантен к низкой концентрации кальция до тех пор, пока его корм содержит минимальный уровень кальция, однако скорость его роста низкая. Аналогично, радужная форель переносит низкие концентрации кальция (10 мг/л), если pH выше 6.5. Для выращивания Sciaenops ocellatus, Morone saxatilis или раков желательна концентрация свободного кальция 40-100 мг/л (100-250 мг/л CaCO₃), что соответствует концентрации кальция в крови рыб (100 мг/л Ca или 250 мг/л CaCO₃). Жесткость источников воды для этих видов должна быть проверена.

Низкая карбонатная жесткость надежный индикатор низкого содержания кальция. Однако высокая жесткость необязательно отражают высокую концентрацию этого элемента.

Карбонатная жесткость 100 мг/л включает 40 мг/л свободного кальция (делим CaCO₃ на 2.5), в случае, если она обусловлена лишь присутствием кальция. Аналогично, если значение карбонатной жесткости 100 мг/л и представлена свободным магнием, концентрация магния составляет 24 мг/л (делим CaCO₃ на 4.12). Эти факторы (2.5 и 4.12) связаны с молекулярной массой CaCO₃ и различиями массы атомов магния и кальция. Там, где жесткость обусловлена присутствием известняка, значение CaCO₃ обычно отражает смесь свободного кальция и магния. Но магния все равно преобладает в смеси.

Известняк может использоваться в сельском хозяйстве для повышения концентрации кальция (и карбонатной-бикарбонатной жесткости) в областях с кислой водой или почвой. Однако при pH 8.3 или выше известняк не растворяется. Мягкую, щелочную воду можно обогатить кальцием с помощью гипса (CaSO₄) или CaCl₂. Большие объемы обработки могут привести к серьезным расходам, и более практичным будет поиск другого источника воды.

Влияние pH, щелочности и жесткости на токсичность аммония и металлов

Аммоний становится более токсичным при возрастании pH. Высокие концентрации токсичной неионизированной формы аммония (NH₃) формируются в основной воде, тогда как NH₄ + преобладает в кислой воде. Так как щелочность повышается с ростом pH, аммоний становится более ядовитым в воде с высокой общей щелочностью. Жесткость обычно не связана с токсичностью аммония.

Металлы, такие как медь и цинк, более распространены в быту (в бассейнах, сантехнике и CuSO₄). Они становятся лучше растворяются в кислой воде. Растворимость или свободная ионизированная форма этих металлов токсична для рыб. Высокая общая щелочность повышает pH и доступность оснований, которые способствуют образованию менее токсичных нерастворимых форм меди и цинка. Высокие концентрации кальция и магния (жесткость) блокируют эффекты меди и цинка в местах их токсического влияния. Поэтому, эти металлы более ядовиты для рыб в мягкой, кислой воде с низкой общей щелочностью.

Источник

Химические показатели качества воды

Характеристика основных показателей качества воды

К основным показателям качества относятся показатели, величина которых существенно, влияет на свойства подготовленной воды. Отклонения от заданных норм этих показателей ведут к образованию шлама, накипи и коррозии в котлах.

Общая жесткость, мг-экв/дм 3

Общей жесткостью воды называют сумму молярных концентраций эквивалентов ионов кальция и магния в воде. Эти элементы в природных условиях попадают в воду вследствие вымывания из карбонатных минералов и в результате биохимических процессов, происходящих в увлажненных слоях почв. Соли кальция и магния в отличие от других солей имеют обратную растворимость, а, именно, с повышением температуры воды уменьшается их растворимость, и при температуре близкой к кипению воды соли кальция и магния имеют свойство выпадать в осадок и прикипать к поверхности труб.

Щелочность, мг-экв/дм 3

Щелочность воды определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов угольной кислоты. Различают гидрокарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность, сумма которых составляет общую щелочность.

Расход кислоты на титрование до значения рН 8,3 ед. (до изменения окраски по фенолфталеину с малиновой на бесцветную) выражает щелочность воды по фенолфталеину, расход кислоты на титрование до значения рН 4,5 ед. (до изменения окраски по метилоранжу или смешанному индикатору) совместно с предыдущим титрованием выражает общую щелочность.

Щелочность по фенолфталеину – это косвенный показатель присутствия или отсутствия свободной углекислоты: если есть щелочность по фенолфталеину, значит углекислота отсутствует, а рН выше 8,3ед.

Карбонатный индекс (мг-экв/дм 3 ) 2

Карбонатным индексом называется предельное произведение общей щелочности и кальциевой жесткости, выше которого протекает карбонатное накипеобразование с интенсивностью более 0,1 г/м 2 ×ч.

Карбонатный индекс (Ик) рассчитывается по формуле: Ик = Щ×Ж_Са, (мг-экв/дм 3 ) 2

Ж_Са – кальциевая жесткость воды, мг-экв/дм 3

Реагентная обработка подпиточной и сетевой воды комплексонатами наиболее эффективна при карбонатном индексе не более 8 (мг-экв/дм 3 ) 2 .

Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных веществ в воде мелкодисперсных примесей нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения.

Мутность воды обуславливает и некоторые другие характеристики воды такие как:

Прозрачность по шрифту, см

Прозрачность, величина обратная мутности и содержанию взвешенных веществ, характеризует наличие в воде частиц песка, глины, ила, планктона, которые способствуют образованию шлама и отложений в котлах. Определение прозрачности по шрифту можно заменить на определение прозрачности по кольцу, как более удобное в эксплуатации.

Низкая прозрачность воды свидетельствует о присутствии шлама в системе и является основанием для назначения продувки котлов, грязевиков, гидропневмопромывки трубопроводов.

Взвешенные вещества – это нерастворимые твердые примеси различной степени дисперсности разнообразные по своему составу. Их обычно подразделяют на органические и минеральные. К первым относятся частицы гумуса, остатки растений и животных. Минеральные вещества представлены песком, тонкой глинистой взвесью, частичками минералов. Взвешенные вещества способствуют образованию шлама и отложений в котле.

Содержание соединений железа (в пересчете на Fe), мг/дм 3

Железо в природных водах встречается в виде органических и неорганических соединений, находящихся в коллоидном состоянии, или в виде тонкодисперсных взвесей (органокомплексы железа, гидроксиды окисного и закисного железа, сульфиды и т.д.) В поверхностных водах железо, обычно в окисной форме, содержится главным образом в органических комплексах (гуматы), а также в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей. В подземных водах при отсутствии растворенного кислорода железо преимущественно находится в виде двухвалентных ионов.

Железо способствует образованию шлама и отложений в котле. Двухвалентное железо способствует образованию и развитию коррозии трубопроводов.

Значение рН, единицы рН

При рН менее 8,3 ед. в воде присутствует углекислота, повышающая агрессивность воды, что способствует коррозии. При рН=8,3 ед. и более углекислота отсутствует. Значение рН более 8,5 – 9 ед. способствует образованию кальциевых отложений, поэтому допускается только при подпитке системы теплоснабжения химически очищенной водой (жесткость 0,1 – 0,5 мг-экв/дм 3 ).

Сухой остаток, солесодержание, мг/дм 3

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минералов и органических веществ, температура кипения которых превышает 105-110°С). Солесодержание дополнительно к сухому остатку включает в себя летучие растворенные вещества.

Для природной воды величина сухого остатка равна сумме массовых концентраций анионов и катионов.

Удельная электропроводимость, мкСм/см

Содержание кислорода, мкг/дм 3

Кислород относится к агрессивным газам, которые являются агентами коррозии трубопроводов и оборудования.

Содержание углекислоты, мг/дм 3

Если количество свободной углекислоты в воде больше ее равновесной концентрации, то избыток СО₂ называют агрессивной углекислотой, вызывающей коррозию трубопроводов и оборудования.

Содержание нефтепродуктов, мг/дм 3

Нефтепродукты это неполярные и малополярные углеводороды, составляющие главную и наиболее характерную часть нефти и продуктов ее переработки. По растворимости нефтепродуктов в воде различают три вида:

Нефтепродукты способствуют образованию маслянистой пленки на поверхностях нагрева, которая значительно увеличивает термическое сопротивление металла.

Содержание соединений кремния (в пересчете на SiO₂), мг/дм 3

Содержание соединений кремния в водах обусловлено присутствием в грунте кварца и алюмосиликатных минералов (например, глины). Кремний способствует образованию твердых отложений в котле.

Содержание хлоридов, мг/дм 3

Источником хлоридов в исходной воде являются осадочные породы и продукты выветривания магматических пород. В химически очищенной воде повышение содержания хлоридов может быть обусловлено попаданием продуктов регенерации (NaCl, CaCl₂, MgCl₂).

Содержание хлоридов выше 50мг/дм 3 делает воду агрессивной: разрушает карбонатную пленку, усиливает эффект кислородной и углекислотной коррозии.

Содержание сульфатов, мг/дм 3

Сульфат-ионы являются важнейшим компонентом химического состава поверхностных вод. В маломинерализованных водах сульфаты находятся преимущественно в ионной форме. При увеличении минерализации они склонны к образованию ассоциированных нейтральных ионных пар типа CaSO₄, MgSO₄.

В поверхностные воды сульфаты поступают главным образом за счет процессов химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса и ангидрита, а также окисления сульфидных минералов и серы.

При химическом связывании кислорода сульфитом натрия содержание сульфатов в обработанной воде увеличивается.

Сульфат-ионы способствуют как коррозионным процессам, так и накипеобразованию.

Окисляемость, мг/дм 3

Содержание полифосфатов, мг/дм 3

Полифосфаты являются основным рабочим веществом комплексонатов – реагентов, применяемых для стабилизационной обработки сетевой воды. Контроль содержания полифосфатов необходим для своевременной корректировки режима дозирования реагента.

Недостаток реагента в сетевой воде снижает эффективность обработки, что приводит к образованию отложений. Избыток реагента может привести к вымыванию загрязнений из трубопроводов и, соответственно, к снижению прозрачности, увеличению содержания железа в сетевой воде, а также к образованию «вторичных» фосфатно-кальциевых отложений.

Схему проезда, а также другую информацию о том как с нами связаться вы можете получить на странице «контакты»
Звоните, будем рады ответить на Ваши вопросы!

ООО «Воды Урала» г. Екатеринбург, ул. Парниковая, д.10, к.121.
Телефон (343) 306-89-09, факс (343) 368-69-34

Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности и даете согласие на обработку Ваших персональных данных

Источник