Suyun sertliği

Suyun sertliği veya sert su, yüksek mineral içeriğine sahip sudur ("normal su" yun aksine). Suyun sertliği, büyük ölçüde kalsiyum ve magnezyum karbonatlar, bikarbonatlar ve sülfatlardan oluşan kireçtaşı, tebeşir veya alçıtaşı [1] birikintilerinden su sızdığında oluşur.
Sert içme suyunun sağlık açısından orta düzeyde faydaları olabilir. Kazanlarda, soğutma kulelerinde ve suyu işleyen diğer ekipmanlarda maliyetli arızaları önlemek için suyun sertliğinin izlendiği endüstriyel ortamlarda kritik sorunlar oluşturabilir. Ev ortamlarında, suyun sertliği genellikle sabun suda çalkalandığında köpük oluşumunun olmaması ve su ısıtıcılarında kireç oluşumu ile rahat bir şekilde öğrenebiliriz Suyun sertliğinin söz konusu olduğu her yerde, suyun sertliği olumsuz etkilerini azaltmak için su yumuşatma en çok kullanılan birimdir kullanılır.
Kökenler
Doğal yağmur suyu, kar ve diğer yağış biçimleri tipik olarak kalsiyum ve magnezyum gibi düşük konsantrasyonlarda iki değerlikli katyonlara sahiptir. Deniz üzerindeki rüzgar hareketinden türetilen sodyum, klorür ve sülfat gibi küçük iyon konsantrasyonlarına sahip olabilirler. Sert, geçirimsiz ve kalsiyum bakımından fakir kayalardan oluşan drenaj havzalarına yağış düştüğünde, yalnızca çok düşük konsantrasyonlarda iki değerlikli katyon bulunur ve su yumuşak su olarak adlandırılır. Örnekler arasında Galler'deki Snowdonia ve İskoçya'daki Western Highlands sayılabilir.
Türler
Kalıcı Sertlik
Suyun kalıcı sertliği, suyun 2+'ya eşit veya daha büyük yüklere sahip katyon konsantrasyonu ile belirlenir. Genellikle katyonlar 2+ yüküne sahiptir, yani iki değerlidirler. Sert suda bulunan yaygın katyonlar arasında, akiferlerdeki minerallerden sızarak su kaynaklarına sıklıkla giren Ca2+ ve Mg2+ yer alır. Yaygın kalsiyum içeren mineraller kalsit ve jipstir. Yaygın bir magnezyum minerali dolomittir (kalsiyum da içerir). Yağmur suyu ve damıtılmış su, bu iyonlardan çok azını içerdikleri için yumuşaktır.
Aşağıdaki denge reaksiyonu, kalsiyum karbonat ve kalsiyum bikarbonatın (sağda) çözülmesini ve oluşumunu açıklar:
CaCO 3 (s) + CO 2 (aq) + H 2 O (l) Ca 2+ (aq) + 2 </br> (aq)
Reaksiyon her iki yönde de gidebilir. Çözünmüş karbondioksit içeren yağmur, kalsiyum karbonat ile reaksiyona girebilir ve kalsiyum iyonlarını onunla birlikte uzaklaştırabilir. Kalsiyum karbonat, karbondioksit atmosfere kaybolduğundan, bazen sarkıt ve dikitler oluşturarak kalsit olarak yeniden birikebilir.
Kalsiyum ve magnezyum iyonları bazen su yumuşatıcılarla giderilebilir.
Kalıcı sertliğin (mineral içeriği) kaynatılarak çıkarılması genellikle zordur. Bu durum genellikle suda kalsiyum sülfat/kalsiyum klorür ve/veya magnezyum sülfat/magnezyum klorür bulunmasından kaynaklanır ve bunlar sıcaklık arttıkça çökelmez. Suyun kalıcı sertliğine neden olan iyonlar, bir su yumuşatıcı veya iyon değiştirme kolonu kullanılarak giderilebilir.
Geçici Sertlik
Geçici sertlik, çözünmüş bikarbonat minerallerinin (kalsiyum bikarbonat ve magnezyum bikarbonat) varlığından kaynaklanır. Bu tür mineraller çözündüklerinde kalsiyum ve magnezyum katyonları (Ca2+, Mg2+) ve karbonat ve bikarbonat anyonları (CO2−) verir.
3 ve HCO−
3). Metal katyonların varlığı suyu sertleştirir. Bununla birlikte, sülfat ve klorür bileşiklerinin neden olduğu kalıcı sertliğin aksine, bu "geçici" sertlik, ya su kaynatılarak ya da kireç yumuşatma işlemi yoluyla kireç (kalsiyum hidroksit) eklenerek azaltılabilir. Kaynatma, bikarbonattan karbonat oluşumunu teşvik eder ve kalsiyum karbonatı çözeltiden çökelterek soğuduktan sonra daha yumuşak olan su bırakır.
Etkileri
Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif maddenin özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:
2 C 17 H 35 COO − (aq) + Ca 2+ (aq) - (C 17 H 35 COO) 2 Ca (s)
Sertlik, bu nedenle, bir su numunesinin sabun tüketme kapasitesi veya sabunun köpürmesini önleyen suyun karakteristik bir özelliği olarak sabunun çökelme kapasitesi olarak tanımlanabilir. Sentetik deterjanlar bu tür köpükler oluşturmaz.
Yumuşak suda çok az kalsiyum iyonu bulunduğundan, sabunların köpürtme etkisinde herhangi bir engelleme yoktur ve normal yıkamada sabun köpüğü oluşmaz. Benzer şekilde, yumuşak su, su ısıtma sistemlerinde kalsiyum birikintileri üretmez.
Sert su ayrıca sıhhi tesisatı tıkayan birikintiler oluşturur. " Kireç "Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır:Sert suda, sabun çözeltileri köpük üretmek yerine beyaz bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturur, çünkü 2+ iyonları katı bir çökelti (sabun köpüğü) oluşturarak sabunun yüzey aktif madde özelliklerini yok eder. Bu tür pisliğin ana bileşeni, sabunun ana bileşeni olan sodyum stearattan kaynaklanan kalsiyum stearattır: adı verilen bu birikintiler esas olarak kalsiyum karbonat ( CaC03 ), magnezyum hidroksit (Mg(OH) 2 ) ve kalsiyum sülfattan ( CaS04 ) oluşur. Kalsiyum ve magnezyum karbonatlar, boruların ve ısı eşanjörlerinin iç yüzeylerinde kirli beyaz katılar olarak birikme eğilimindedir. Bu çökelmeye (çözünmeyen bir katı oluşumu) esas olarak bikarbonat iyonlarının termal ayrışması neden olur, ancak karbonat iyonunun doygunluk konsantrasyonunda olduğu durumlarda da olur. Ortaya çıkan kireç oluşumu, borulardaki su akışını kısıtlar. Kazanlarda birikintiler, ısının suya akışını bozar, ısıtma verimini düşürür ve metal kazan bileşenlerinin aşırı ısınmasına neden olur. Basınçlı bir sistemde bu aşırı ısınma kazanın arızalanmasına neden olabilir. Kalsiyum karbonat birikintilerinin neden olduğu hasar, örneğin kalsit veya aragonit gibi kristalin forma göre değişir.
Bir elektrolitte iyonların varlığı, bu durumda sert su, her ikisi de bir elektrolitle temas ettiğinde, bir metalin başka bir metal türüyle temas ettiğinde tercihen paslanacağı galvanik korozyona da yol açabilir. Sert suyun iyon değişimi ile yumuşaması kendi başına aşındırıcılığını arttırmaz. Benzer şekilde, kurşun tesisatın kullanıldığı yerlerde yumuşatılmış su, tesisatın ödeme gücünü önemli ölçüde artırmaz.
Yüzme havuzlarında sert su, suya bulanık veya bulutlu (sütlü) bir görünümle kendini gösterir. Kalsiyum ve magnezyum hidroksitlerin her ikisi de suda çözünür. Kalsiyum ve magnezyumun ait olduğu toprak alkali metallerin hidroksitlerinin çözünürlüğü (periyodik tablonun 2. grubu) kolondan aşağı doğru hareket ederek artar. Bu metal hidroksitlerin sulu çözeltileri havadaki karbondioksiti emerek çözünmeyen karbonatları oluşturarak bulanıklığa neden olur. Bu genellikle Ph'ın aşırı yüksek olmasından kaynaklanır (pH> 7.6). Bu nedenle, soruna ortak bir çözüm, klor konsantrasyonunu uygun seviyede tutarken, optimum değeri 7,2 ila 7,6 aralığında olan hidroklorik asit ilavesiyle pH'ı düşürmektir.
Sert suyun yumuşatılması genellikle arzu edilir. Çoğu deterjan, sert suyun yüzey aktif maddeler üzerindeki etkilerine karşı koyan bileşenler içerir. Bu nedenle su yumuşatma genellikle gereksizdir. Yumuşatmanın uygulandığı yerlerde, su ısıtıcılarında kireç oluşumuna bağlı verimsizlikleri ve hasarları önlemek veya geciktirmek için genellikle yalnızca kullanım sıcak su sistemlerine gönderilen suyun yumuşatılması önerilir. Su yumuşatma için yaygın bir yöntem, Ca gibi iyonların yerini alan iyon değiştirici reçinelerin kullanımını içerir.2+ sodyum veya potasyum iyonları gibi mono katyon sayısının iki katı.
Çamaşır sodası (sodyum karbonat, Na2CO3) kolayca elde edilir ve uzun süredir normal sabun veya deterjanla birlikte ev çamaşırları için su yumuşatıcı olarak kullanılmaktadır.
Su yumuşatma ile arıtılmış bir su, yumuşatılmış su olarak adlandırılır. Bu durumlarda su ayrıca yüksek seviyelerde sodyum veya potasyum ve bikarbonat veya klorür iyonları içerir
Sağlık hususları
Dünya Sağlık Örgütü, "su sertliğinin insanlarda olumsuz sağlık etkilerine neden olduğuna dair ikna edici bir kanıt görünmediğini" söylüyor. Aslında, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Araştırma Konseyi, sert suyun aslında kalsiyum ve magnezyum için bir besin takviyesi görevi gördüğünü bulmuştur.
Bazı çalışmalar, erkeklerde su sertliği ile kardiyovasküler hastalık arasında, litre su başına 170 mg kalsiyum karbonat seviyesine kadar zayıf bir ters ilişki olduğunu göstermiştir. Dünya Sağlık Örgütü kanıtları gözden geçirdi ve verilerin bir sertlik seviyesi önerisine izin vermek için yetersiz olduğu sonucuna vardı.
İçme suyundaki maksimum ve minimum kalsiyum (40-80 ppm) ve magnezyum (20-30 ppm) seviyeleri ve 2-4 mmol / L kalsiyum ve magnezyum konsantrasyonlarının toplamı olarak ifade edilen toplam sertlik için önerilerde bulunulmuştur.
Diğer çalışmalar, kardiyovasküler sağlık ve su sertliği arasında zayıf korelasyonlar göstermiştir.
Çocuklarda atopik dermatit (egzama) prevalansı, kalsiyum karbonat düzeyi veya evdeki suyun "sertliği" ile bağlantılı olabilir. Suyun sert olduğu bölgelerde yaşamak da yaşamın erken döneminde AH gelişiminde rol oynayabilir. Bununla birlikte, AD zaten yerleşmişse, evde su yumuşatıcı kullanmak semptomların şiddetini azaltmaz.
Ölçüm
Sertlik enstrümantal analiz ile ölçülebilir. Toplam su sertliği, mol/L veya mmol/L birimleri cinsinden Ca2 + ve Mg2 + molar konsantrasyonlarının toplamıdır. Su sertliği genellikle yalnızca toplam kalsiyum ve magnezyum konsantrasyonlarını ölçse de (en yaygın iki değerlikli metal iyonları), demir, alüminyum ve manganez de bazı yerlerde yüksek seviyelerde bulunur. Demirin varlığı karakteristik olarak kireçlenmeye beyaz (diğer bileşiklerin çoğunun rengi) yerine kahverengimsi ( pas benzeri) bir renk verir.
Su sertliği genellikle bir molar konsantrasyon olarak değil, genel sertlik dereceleri ( dGH ), Alman dereceleri (dH), milyonda parça (ppm, mg/L veya Amerikan dereceleri), tanecikler gibi çeşitli birimlerle ifade edilir. galon başına (gpg), İngiliz dereceleri (e, e veya Clark ) veya Fransız dereceleri (fH, F veya HF; Fahrenheit dereceleriyle karıştırılmaması için küçük f kullanılır). Aşağıdaki tablo, çeşitli birimler arasındaki dönüştürme faktörlerini göstermektedir.
Hardness unit conversion.
Çeşitli alternatif birimler, eşdeğer bir kalsiyum oksit (CaO) veya kalsiyum karbonat ( CaC03 ) kütlesini temsil eder; bu, bir birim hacim saf su içinde çözüldüğünde, aynı toplam molar Mg2 + ve Ca2 + konsantrasyonuyla sonuçlanır. Farklı dönüştürme faktörleri, kalsiyum oksit ve kalsiyum karbonatların eşdeğer kütlelerinin farklı olmasından ve farklı kütle ve hacim birimlerinin kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Birimler aşağıdaki gibidir:
Parça başına milyon (ppm) genellikle 1 olarak tanımlanır mg/L CaCO 3 (aşağıda kullanılan tanım). Kimyasal bileşik belirtilmeden mg/L' ye ve Amerikan derecesine eşdeğerdir.
Galon başına tahıl (gpg) 1 tane olarak tanımlanır (64,8 mg) ABD galonu (3,79 litre) başına kalsiyum karbonat veya 17,118 ppm.
mmol/L, 100,09'a eşdeğerdir mg/L CaCO 3 veya 40.08 mg/L Ca2 + .
Genel Sertlik derecesi ( dGH veya 'Alman derecesi (dH, deutsche Härte ))' 10 olarak tanımlanır mg/L CaO veya 17,848 ppm.
Clark derecesi (Clark) veya İngiliz derecesi (e veya e) bir tane (64,8) olarak tanımlanır mg) CaCO 3, İngiliz galonu (4,55 litre) su, 14,254 ppm'ye eşdeğer.
Bir Fransız derecesi (fH veya f) 10 olarak tanımlanır mg/L CaCO 3, 10 ppm'e eşdeğer.
Sert/Yumuşak Sınıflandırma
Sertliğin davranışını belirleyen, suyun pH'ı ve sıcaklığı ile birlikte suda çözünmüş minerallerin kesin karışımı olduğundan, tek rakamlı bir ölçek sertliği yeterince tanımlamaz. Bununla birlikte, Amerika Birleşik Devletleri Jeoloji Araştırması, sert ve yumuşak su için aşağıdaki sınıflandırmayı kullanır:
Deniz suyu, çeşitli çözünmüş tuzlar nedeniyle çok sert olarak kabul edilir. Tipik olarak deniz suyunun sertliği 6.630 civarındadır. ppm (litre başına 6,63 gram). Buna karşılık, tatlı su 15 ila 375 ppm aralığında sertliğe sahiptir.
Endeksler
Kalsiyum karbonatın su, petrol veya gaz karışımlarındaki davranışını tanımlamak için çeşitli indeksler kullanılır.
Langelier doygunluk indeksi (LSI)
suyun kalsiyum karbonat stabilitesini tahmin etmek için kullanılan hesaplanmış bir sayıdır. Suyun çökelip çökmeyeceğini, çözüleceğini veya kalsiyum karbonat ile dengede olup olmayacağını gösterir. 1936'da Wilfred Langelier, suyun kalsiyum karbonata doymuş olduğu pH'ı (pHs olarak adlandırılır) tahmin etmek için bir yöntem geliştirdi. Langelier doygunluk indeksi (LSI), gerçek sistem pH'ı ile doygunluk pH'ı arasındaki fark olarak ifade edilir:(aşağıda gösterildiği gibi)
LSI = pH (ölçülen) - pH s
LSI > 0 için, su aşırı doymuştur ve kireçli bir CaCO3 tabakası çökeltme eğilimindedir.
LSI = 0 için su, CaCO3 ile doymuştur (dengededir). CaCO3'ten oluşan bir tortu tabakası ne çökelir ne de çözünür.
LSI < 0 için, su doymuş altındadır ve katı CaCO3'ü çözme eğilimindedir.
Suyun gerçek pH'ı hesaplanan doyma ph'sının altındaysa, LSI negatiftir ve suyun çok sınırlı bir ölçekleme potansiyeli vardır. Gerçek pH, phs'yi aşarsa, LSI pozitiftir ve CaCO3 ile aşırı doyurulursa, suyun ölçek oluşturma eğilimi vardır. Pozitif indeks değerlerinin artmasıyla ölçekleme potansiyeli artar.
Uygulamada, -0,5 ile +0,5 arasında bir LSI değerine sahip su, gelişmiş mineral çözme veya ölçek oluşturma özellikleri göstermeyecektir. LSI değeri -0,5'in altında olan su, belirgin şekilde artan çözünme yetenekleri sergileme eğilimindeyken, LSI değeri +0,5'in üzerinde olan su, belirgin şekilde artan ölçek oluşturma özellikleri sergileme eğilimindedir.
Langelier doygunluk indeksi sıcaklığa duyarlıdır. Su sıcaklığı arttıkça Langelier doygunluk indeksi daha pozitif hale gelir. Bunun, kuyu suyunun kullanıldığı durumlarda özel etkileri vardır. Kuyudan ilk çıktığında suyun sıcaklığı genellikle kuyunun hizmet verdiği bina içindeki veya Langelier doygunluk indeksi ölçümünün yapıldığı laboratuvardaki sıcaklıktan önemli ölçüde düşüktür. Sıcaklıktaki bu artış, özellikle sıcak su ısıtıcıları gibi durumlarda kireçlenmeye neden olabilir. Tersine, su sıcaklığını düşüren sistemler daha az ölçeklendirmeye sahip olacaktır.
Su Analizi:
pH = 7.5
TDS = 320 mg/L
Kalsiyum = 150 mg/L (veya ppm) CaCO 3 olarak
Alkalinite = 34 mg/L (veya ppm) CaCO 3 olarak
LSI formülü:
LSI = pH - pH s
pH s = (9.3 + A + B) - (C + D) burada:
bir = = 0,15
B = -13,12 günlük 10 (C + 273) + 34,55 = 2,09 25'te C ve 1.09, 82'de C
C = log 10 [ CaCO3 olarak Ca2 + ] - 0,4 = 1,78
(CaCO 3 olarak Ca 2+ ayrıca kalsiyum sertliği olarak adlandırılır ve 2,5[Ca 2+ ] olarak hesaplanır)
D = log 10 [CaCO 3 olarak alkalilik] = 1.53
Ryznar Kararlılık Endeksi (RSI)
Ryznar stabilite endeksi (RSI): 525, su kimyasının etkisini tahmin etmek için belediye su sistemlerinde ölçek kalınlığı ölçümlerinin bir veritabanını kullanır.:&hairsp;72
Ryznar doyma indeksi (RSI), çelik şebekelerinde korozyon oranları ve film oluşumunun ampirik gözlemlerinden geliştirilmiştir. Olarak tanımlanır:
RSI = 2 pH s pH (ölçülen)
6,5 < RSI < 7 için suyun kalsiyum karbonat ile yaklaşık olarak doyma dengesinde olduğu kabul edilir
RSI > 8 için su doygunluğun altındadır ve bu nedenle mevcut herhangi bir katı CaCO3'ü çözme eğiliminde olacaktır.
RSI < 6.5 için su, ölçek formu olma eğilimindedir
Puckorius Ölçekleme Endeksi (PSI)
Puckorius Ölçekleme İndeksidir kısaca psı, suyun doygunluk durumu ile biriken kireç miktarı arasındaki ilişkiyi ölçmek için biraz farklı parametreler kullanılır.
Diğer indeksler
Diğer endeksler arasında sadece 3 endeks vardır bunlar sırasıyla:
Larson-Skold Endeksi, Stiff-Davis Endeksi, ve Oddo-Tomson Endeksi yer alır.
Bölgesel Bilgi
Yerel su kaynaklarının sertliği, su kaynağına bağlıdır. Volkanik kayaların üzerinden akan nehirlerdeki su yumuşak olurken gözenekli kayalara açılan sondaj deliklerinden gelen su çok daha serttir.
Ayrıca bakını
Su kalitesi
Su arıtma