Choć wysoki stopień twardości wody, jakim cechuje się surowa woda praktycznie w całym kraju, nie jest zagrożeniem dla zdrowia, to jednak w wielu gospodarstwach domowych, instytucjach oraz sektorze przemysłowym dąży się do redukcji tego parametru. Dlaczego usuwanie twardej wody jest ważne? W jaki sposób usuwać twardą wodę? Którą z metod redukcji stopnia twardości najlepiej wybrać?
Czym jest twarda woda?
Twardość wody jest jej cechą wynikającą głównie z obecności jonów wapnia i magnezu, w znacznie mniejszym stopniu żelaza i manganu na drugim stopniu utleniania. Im więcej w wodzie znajduje się tych związków, tym wyższy jest stopień twardości wody.
Sole wapnia i magnezu powszechnie występują w przyrodzie. Głównym źródłem węglanu wapnia są skały wapienne, jak kalcyt czy aragonit, z kolei skały osadowe takie jak magnezyt są bogate w węglan magnezu. Pod wpływem wody i tlenku węgla następuje krasowienie skał, niszczenie i rozpuszczanie w środowisku wodnym w formie wodorowęglanów wapnia i magnezu.
Zazwyczaj mówimy o twardości ogólnej, która jest sumą twardości węglanowej oraz niewęglanowej. Mianem twardości węglanowej określa się sumaryczną liczbę jonów wapnia i magnezu występujących w wodzie w formie wodorowęglanowej, czyli soli kwasu węglowego.
Twardość niewęglanowa to ilość jonów wapnia i magnezu występujących w wodzie w postaci innych soli niż wodorowęglany, a więc między innymi: siarczany, chlorki, azotany.
Twardość węglanową można usunąć poprzez podgrzewanie wody, wtedy wytrąca się osad. Do usuwania twardości niewęglanowej potrzebny jest chemiczny dodatek w postaci choćby węglanu sodu.
Dlaczego należy walczyć z twardą wodą?
Niechęć do korzystania z twardej wody w gospodarstwie domowym jest przede wszystkim wynikiem osadu, jaki po sobie pozostawia. Ten, nazywany powszechnie kamieniem kotłowym, przynosi wiele strat technicznych, jest główną przyczyną awarii, spadku żywotności i wydajności, a także powstawania korozji. Obecność kamienia kotłowego przyczynia się przede wszystkim do strat energii cieplnej.
Ponadto twarda woda to również wysokie napięcie powierzchniowe, a tym samym gorsze efekty sprzątania, mycia, stosowania środków czystości i detergentów.
Z twardą wodą warto walczyć nie tylko ze względu na stan techniczny instalacji, ale również poprawę domowego budżetu. Korzystanie z wody o niskim stopniu twardości wiąże się z niższymi rachunkami za ogrzewanie, mniejszym zużyciem detergentów i kosmetyków, brakiem awarii sprzętów AGD powodowanych odkładaniem się kamienia, brakiem potrzeby stosowania środków odkamieniających, większą estetyką dań i napojów przygotowywanych na bazie wody.
Sposoby usuwania twardości wody
Z twardą wodą można poradzić sobie na kilka sposobów. Redukcję związków odpowiedzialnych za tworzenie wysokiego stopnia twardości wody nazywa się ogólnie zmiękczaniem wody. Wybór metody zmiękczania wody jest zależny od rodzaju wiązania jonów odpowiedzialnych za twardość wody.
Termiczne metody na twardą wodę
Termiczna metoda uzdatniania wody nie jest w pełni skuteczna i jest w stanie usunąć z wody jedynie twardość węglanową. Tą metodę można zastosować jako wstępną obróbkę poprzedzającą inne metody.
Termiczne zmiękczanie wody polega na ogrzewaniu jej do temperatury zazwyczaj sięgającej 60-80°C. W trakcie podgrzewania wodorowęglany wapnia i magnezu strącają się w postaci trudno rozpuszczalnych osadów wapnia i magnezu. W reakcji strąceniowej wydziela się kwas węglowy. Powstałe węglany można usunąć na drodze filtracji bądź sedymentacji.
Ca(HCO3)2 –> CaCO3 + H2O + CO2
2Mg(HCO3)2 –> Mg2CO3(OH)2 + H2O + 3CO2
Mg2CO3(OH)2 + H2O –> 2Mg(OH)2 + CO2
Chemiczne metody na twardą wodę
W zmiękczaniu wody metodą chemiczną chodzi przede wszystkim o wytrącanie nierozpuszczalnych osadów lub wiązanie w związki kompleksowe jonów wapnia i magnezu.
Jedną z częściej stosowanych metod jest sodowo-wapienna. Wapno gaszone obniża twardość przemijającą. Podczas zmiękczania powstają nierozpuszczalne węglany wapnia i magnezu. Osady można odfiltrować lub pozostawić do samodzielnego osadzenia się na dnie zbiornika. Metoda sodowo-wapienna jest stosunkowo tania, a wodę można zmiękczyć nawet do około 2 dH.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 –> 2 CaCO3(osad) + 2H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 –> MgCO3(osad) + CaCO3(osad) + 2H2O
MgCO3 + Ca(OH)2 –> Mg(OH)2(osad) + CaCO3(osad)
Znacznie rzadziej stosowana jest metoda fosforanowa. W reakcji z wodą fosforan trójsodowy tworzy nierozpuszczalne fosforany w połączeniu z jonami wapnia i magnezu.
3Ca2+ + 2Na3PO4 –> Ca3(PO4)2(osad) + 6Na+
3Mg2+ + 2Na3PO4 –> Mg3(PO4)2(osad) + 6Na+
Wymiana jonowa na twardą wodę
W tej metodzie chodzi głównie o zastosowanie jonitów. Jonity lub wymienniki jonowe są ciałami stałymi organicznymi bądź nieorganicznymi, które nie rozpuszczają się w wodzie. Ich cechą charakterystyczną jest zdolność do wymiany swoich jonów z jonami pochodzącymi z otaczającego je roztworu. Do reakcji dochodzi na powierzchni ziaren jonitu.
Jonity, które wymieniają kationy są nazywane kationitami, natomiast jony wymieniające anionity – anionitami. W przypadku zmiękczania wody musi dochodzić do usuwania kationów wapnia i magnezu z wody. Są one zastępowane głównie kationami sodu.
Metody usuwania twardej wody w domu
Wśród metod usuwania twardości wody w gospodarstwach domowych można wymienić zarówno kompleksowe, niezwykle wydajne, które pozwalają na niwelację problemu w całej domowej instalacji, jak i te, które pozwalają na całkowite lub częściowe poradzenie sobie z problemem tylko w wybranym punkcie poboru wody.
Kompleksowa walka z twardą wodą
Jeśli tylko w gospodarstwie domowym panują odpowiednie warunki na montaż centralnej stacji uzdatniania wody, z całą pewnością warto wybrać właśnie ten sposób na twardą wodę. Dzięki temu gospodarstwo domowe jest kompleksowo ochraniane przed skutkami przepływu twardej wody, a woda z każdego miejsca poboru jest tak samo komfortowa w użytkowaniu, niezależnie od celów, w jakich będzie wykorzystywana.
Można wymienić kilka rodzajów urządzeń montowanych na wejściu wody do budynku, które pozwolą zredukować stopień twardości wody. Wśród nich są: zmiękczacze wody, stacje wielofunkcyjne, filtry narurowe.
Zmiękczacze wody
Centralne zmiękczacze wody to jeden z najpopularniejszych i najbardziej rekomendowanych sposobów na redukcję stopnia twardości wody zarówno w gospodarstwach domowych, jak i do zastosowań przemysłowych.
Te urządzenia działają na zasadzie wymiany jonowej. Najczęściej ich wnętrze wypełnione jest żywicą jonowymienną pracującą w cyklu sodowym. Podczas procesu zmiękczania wody jony wapnia i magnezu odpowiedzialne za tworzenie twardości wody są wymieniane na neutralne jony sodu.
Zmiękczacze wody nie są drogie w eksploatacji, nie wymagają zbyt dużo uwagi użytkownika, a przy tym zapewniają naprawdę dobre efekty działania. Tą metodę uzdatniania wody bardzo często rekomendują producenci kotłów grzewczych oraz bojlerów.
Miękka woda nie pozostawia po sobie osadu, a więc instalacje i urządzenia mające z nią styczność są chronione, nie ma też tak dużego ryzyka wystąpienia szybkiej korozji oraz powstawania biofilmu. Ponadto woda idealnie nadaje się do prania, kąpieli, celów spożywczych, a jej użytkowanie przynosi spore oszczędności w porównaniu z wykorzystywaniem wody twardej.
Zmiękczacz wody to dobre rozwiązanie zarówno do wody wodociągowej, jak i pochodzącej z własnego ujęcia. Do wyboru są urządzenia kompaktowe i dwuczęściowe o różnych pojemnościach.
Stacje wielofunkcyjne
Stacje wielofunkcyjne są rozwiązaniem kierowanym głównie do właścicieli własnych ujęć, w których analiza wody wykazała nie tylko wysoki stopień twardości wody, ale również inne przekroczenia. Te urządzenia w swoim działaniu również wykorzystują wymianę jonową.
Wnętrze stacji wielofunkcyjnych wypełnia specjalnie dobrana mieszanka złóż filtracyjnych, która redukuje stężenie: żelaza, manganu, związki organiczne, jon amonowy oraz twardość wody. Regeneracja odbywa się zazwyczaj z zastosowaniem roztworu solanki. Twardość wody jest redukowana całkowicie.
Obecnie stacje wielofunkcyjne są dostępne w wersji kompaktowej lub dwuczęściowej. Dobór urządzenia wymaga przeprowadzenia szczegółowej analizy wody. Z wynikami najlepiej zwrócić się do specjalisty. Stacje wielofunkcyjne mają ograniczenia co do możliwości działania. Maksymalne przekroczenia zanieczyszczeń, przy których urządzenie będzie prawidłowo działało reguluje producent.
Filtry narurowe ze złożem zmiękczającym
Jeszcze innym sposobem na redukcję stopnia twardości wody są filtry narurowe zaopatrzone we wkłady zmiękczające. Wkłady tego typu są wypełnione złożem jonowymiennym. W trakcie przepływu surowej wody przez złoże zachodzi proces identyczny, jak w zmiękczaczach wody. Jony wapnia i magnezu odpowiedzialne za tworzenie wysokiego stopnia twardości wody są wymieniane na neutralne jony sodu. Wkłady zmiękczające można uzupełniać samodzielnie.
Teoretycznie istnieje możliwość zregenerowania złoża we wkładzie roztworem chlorku sodu, jednak raczej się tego nie praktykuje ze względu na to, że wymiana wkładów nie jest droga, a sam proces ich regeneracji nieco skomplikowany.
Ten sposób na zmiękczanie wody stosuje się w przypadku wody o niezbyt wysokim stopniu twardości. Jest to metoda znacznie mniej wydajna i opłacalna niż centralne zmiękczacze wody działające na zasadzie wymiany jonowej czy stacje wielofunkcyjne.
Punktowa walka z twardą wodą
Nie w każdym gospodarstwie domowym istnieje możliwość montażu centralnej stacji uzdatniania wody. Czasem nie pozwalają na to warunki związane z zagospodarowaniem przestrzeni. Wybór takiej metody walki z twardą wodą jest często niemożliwy w przypadku mieszkań w domach wielorodzinnych. To jednak wcale nie musi oznaczać potrzeby pogodzenia się z istnieniem kłopotu.
Istnieją sposoby na to, aby zaradzić wysokiemu stopniowi twardości wody. Wadą może być fakt, że sprawdzą się tylko w konkretnym miejscu poboru wody i należy liczyć się z tym, że instalacje nie będą podlegały ochronie przed osadem przy zastosowaniu tych metod.
Walka z twardą wodą w łazience
Przed skutkami użytkowania twardej wody warto spróbować ochronić skórę oraz włosy. Sposobem na to, aby do kąpieli używać wody o nieco niższym stopniu twardości może być filtr prysznicowy. To niewielkich rozmiarów produkt, który montuje się pomiędzy baterią prysznicową a wężem bądź alternatywnie pomiędzy wężem a słuchawką prysznicową.
Filtry prysznicowe zawierają w sobie złoże KDF, czyli złoże cynkowo-miedziane. Podczas przepływu woda jest oczyszczana z chloru, metali ciężkich, redukowany jest stopień twardości wody. Woda staje się bardziej przyjazna dla skóry, nie pozostawia po sobie tak dużego osadu, łatwiej spłukać nią kosmetyki.
Użytkownicy twardej wody najczęściej martwią się o stan komponentów pralki i możliwość powstania awarii. Aby zapobiegać odkładaniu się kamienia na elementach sprzętu AGD, można zastosować filtr pralkowy. To rozwiązanie nie zajmuje wiele miejsca, jest proste w montażu.
Tutaj złoże stanowi rozpuszczalny polifosfat. W reakcji z przepływającą wodą zapobiega tworzeniu się i odkładaniu osadu, należy jednak mieć na uwadze, że nie redukuje stopnia twardości wody. Mimo wszystko to dość dobra alternatywa dla środków zmiękczających, które należy regularnie dosypywać.
Walka z twardą wodą w kuchni
Jednym z najczęściej stosowanych sposobów na usuwanie (przynajmniej częściowo) twardości wody, choć nadal często nieświadomie, jest jej obróbka termiczna, na przykład za pomocą czajnika elektrycznego. Wadą jest jednak osad pozostający na dnie i elementach podgrzewających, który prowadzi do awarii i spadku żywotności, a przez to i potrzeby przedwczesnej wymiany na nowe.
Innym sposobem na częściową niwelację problemu i minimalizację skutków w postaci osadu jest zastosowanie dzbanków filtracyjnych. Obecne we wkładach złoże to często mieszanka węgla aktywnego z żywicą jonowymienną, co pozwala na częściową redukcję stopnia twardości wody.
Jednym z najskuteczniejszych sposobów na pozbycie się wysokiego stopnia twardości w wodzie spożywczej jest system odwróconej osmozy. Oprócz tego woda oczyszczana jest między innymi: ze związków chloru, bakterii, wirusów, metali ciężkich, pestycydów.
Dzięki odwróconej osmozie można uzyskać wodę o odpowiednich cechach organoleptycznych, idealną do picia i stanowiącą bazę do przygotowania dań oraz napojów gorących. Woda po odwróconej osmozie doskonale nadaje się również do przemywania delikatnych powierzchni, przyrządzania odżywek dla dzieci. Można jej używać do napełnienia ekspresu do kawy czy żelazka – brak wytrącającego się osadu jest równoznaczny z brakiem wpływu na stan techniczny urządzeń.