Жесткость воды и сухой остаток: химические параметры качества воды

Жесткость и сухой остаток — два важных показателя качества, которые предоставляют информацию о содержании минералов и общей чистоте воды. Оба параметра используют, чтобы оценить пригодность воды для конкретных целей: питьевого водоснабжения, промышленных технологических процессов, аквакультуры.

Фото: Unsplash

• Жесткость является критическим параметром для отраслей, использующих воду в технологических процессах: по результатам исследования рассчитывают дозировку реагентов для умягчения воды.
• Сухой остаток — один из основных параметров оценки качества и безопасности воды. Высокие уровни сухого остатка могут указывать на загрязнение воды в результате сброса стоков (промышленных, сельскохозяйственных) или выщелачивания горных пород.

Что такое сухой остаток

Сухой остаток — это концентрация неорганических ионов и некоторых органических соединений в воде (основная доля приходится на Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, HCO₃^–, SO₄^2–, Cl^–). Исследование воды на сухой остаток проводится по ГОСТ 18164-72 методом гравиметрии, который основан на определении веса высушенного остатка после выпаривания пробы.

• Анализ методом выпаривания
  Если анализ проводится в день отбора пробы, понадобится только лабораторная посуда, дистиллированная вода и термостат. В термостате высушивают фарфоровую чашку. Качество сушки определяют на весах: они должны показывать стабильную массу. Из образца отбирают пробу объемом²00 - 500 мл и порционно выпаривают ее в чашке на водяной бане с дистиллированной водой. Затем чашку помещают в термостат и при температуре 110 °С высушивают до тех пор, пока масса посуды не стабилизируется. Затем вычисляют долю сухого остатка в мг/л: разницу масс чашки с осадком и пустой посуды с учетом объема воды, взятой для исследования.
• Уточненная методика с Na2CO3
  Простое гравиметрическое исследование может давать завышенные показатели из-за гигроскопичности соединений MgCL₂, CaCl₂ и особенностей CaSO₄, MgSO₄, которые трудно отдают воду. Чтобы скорректировать эти эффекты, к пробе в ходе выпаривания добавляют химически чистый Na₂CO₃.

Посуду и пробу подготавливают так же, как в первом случае. Во время выпаривания после того, как в чашку добавлена последняя порция пробы, в неё вносят 25 мл 1% раствора соды (концентрация Na₂CO₃ дана для пресной воды). После выпаривания чашку помещают в термостат, который затем нагревают до 150 °С. Вычисления ведутся по схожей формуле, но из общей массы чашки вычитают массу не только пустой посуды, но и внесенной соды.

Что такое жесткость воды

Жесткость воды — это концентрация солей щелочноземельных металлов магния (Mg) и кальция (Ca): гидрокарбонатов, хлоридов и сульфатов.

Жёсткая вода вредит оборудованию. Ионы кальция и магния в жесткой воде имеют тенденцию выпадать в осадок из раствора и образовывать отложения накипи на поверхностях труб и нагревательных элементов. Эти отложения снижают эффективность теплопередачи, уменьшают скорость потока воды и в конечном итоге могут привести к засорам и закупоркам.

ГОСТ 31954—2012 предлагает два метода определения жёсткости: комплексонометрический анализ и метод атомной спектрометрии.

• Комплексонометрический анализ позволяет определить жесткость от 0,1 °Ж (у дистиллированной воды <2 °Ж). Пробу приводят к необходимым значениям рН, добавляют раствор индикатора и титруют трилоном Б в концентрации 25 ммоль/дм³. Этот метод — ручной, его недостаток большое количество факторов, снижающих точность. При необходимости потребуется дополнительная подготовка пробы — снижение мутности, цветности, содержания ряда химических элементов. Подготовка образца — трудоёмкий процесс, который может сказаться на точности исследования.
• Результаты анализов жесткости воды, выполненных методами атомной спектрометрии, практически не зависят от особенностей пробы. Атомы каждого элемента поглощают излучение видимого спектра характерным образом (атомно-абсорбционная плазменная спектрометрия) либо их излучение изменяется особым, тоже характерным, образом в специальных условиях (атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой).

Масс-спектрометрические исследования — автоматизированные. Риски, связанные с «человеческим фактором» сведены к минимуму, имеет значение только соблюдение технологии проведения анализа. Поэтому именно масс-спектрометрия применяется для определения жесткости воды в аккредитованной лаборатории «Веста».