Nước cứng là loại nước chứa nhiều ion như Ca2+, Mg2+, … có hàm lượng vượt quá mức 8 miligam/lít. Nước chứa nhiều ion Mg2+ thì khi uống thường có vị đắng. Tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ trong nước sẽ quyết định độ cứng của nước.
Phân loại nước cứng và tác hại của chúng
Nước cứng tạm thời là nước chỉ cứng tại thời điểm đó và rất dễ dàng để làm mềm. Trong nước tạm thời có chứa muối cacbonat và bicacbonat của hai kim loại Ca, Mg. Khi đun sôi các muối này sẽ bị nhiệt phân thành canxi cacbonat và magiecacbonat kết tủa xuống đáy dụng cụ đựng nước. Nên những khu vực nào có nhiều lớp đá vôi ở tần đá địa tần thì các thiết bị đun hay đựng nước trong gia đình có hiện tượng đóng cặn thành từng mảng bám ở thành.
Nước cứng vĩnh cửu là nước có chứa nhiều muối của kim loại Ca2+ và Mg2+ kết hợp với các gốc anion của axit mạnh như Cl–, (SO4)2-. Các muối này có liên kết bền vững rất khó để phá vỡ cho dù ở nhiệt độ cao, do đó sử dụng phương pháp đun sôi thì nước cứng vĩnh viễn vẫn không hề thay đổi độ cứng.
Nước trong tự nhiên thì có độ cứng như thế nào
Trong tự nhiên tồn tại rất nhiều nguồn nước có độ cứng rất thấp như nước mưa có độ cứng gần như bằng 0 do không tiếp xúc với tầng lớp đất đá địa tầng. Nhờ đó mà độ cứng của nước sông và phần lớn ao hồ sông suối trên khắp các vùng đồng bằng cũng rất thấp vì thực chất nguồn nước cấp của chúng chủ yếu là nước mưa. Ngược lại hoàn toàn, nguồn nước suối và ao hồ ở những vùng núi đá vôi lại có độ cứng khá cao do nước có khả năng hòa tan rất mạnh nên một phần kim loại có trong lớp đất đá đã lẫn vào trong nước.
Theo báo cáo của cơ quan quản lý nước sạch ở thành phố Hà Nội thì nguồn nước máy hiện nay đang cung cấp cho người dân có độ cứng tạm thời duy trì ở khoảng 250-320 ppm, tức là khoản 5-6,4 mgdl/l hay 14-18 dH
Nước giếng khoan chưa qua phương pháp xử lý nào ở trên địa bàn Hà Nội có độ cứng tạm thời tương đối cao 250-450 ppm tức là 5-9 mgdl/l hay 14-25 dH
Tác hại của nước cứng đối với sức khỏe con người
Nước cứng vĩnh viễn ít gây ảnh hưởng đến môi trường sinh sống của hầu hết các loại sinh vật trừ khi nồng độ quá cao ngược lại nước cứng tạm thời lại có ảnh hưởng không nhỏ nếu con người uống vào. Nguyên nhân chính vì thành phần tạo ra độ cứng tạm thời là các muối bicarbonat của Ca và Mg: Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2, chúng là các muối hòa tan hoàn toàn nhưng không bền dễ dàng tạo kết tủa khi bị thủy phân ở nhiệt độ cao khiến tiêu hao nguồn năng lượng khi sử dụng các thiết bị đun nước.
Ca(HCO3)2 => CaCO3 +H2O + CO2
Mg(HCO3)2 => MgCO2 +H2O+ CO2
Nước cứng tạm thời ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe của con người, khi uống phải loại nước này là nguyên nhân lớn nhất gây ra sỏi thận đồng thời cũng là một trong các nguyên nhân chính gây tắc động mạch máu do hiện tượng bám cặn vôi ở thành
Cách xử lý nước cứng
Phương pháp nhiệt
Phương pháp này chỉ hiệu quả đối với nước cứng tạm thời do liên kết kém bền. Nguyên lý căn bản của phương pháp này là dùng nhiệt để bốc hơi khí cacbonic hòa tan có trong nước. Các hợp chất cacbonic sẽ chuyển dịch theo phương trình phản ứng sau:
2HCO3- → (CO3)2- + H2O + CO2
Ca2+ + CO32- → CaCO3 ↓
Nên Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + CO2 + H2O
Cho dù khi đun nóng nước chỉ khử được hết khí CO2 và giảm độ cứng của nước, còn lượng Ca2+ vẫn còn tồn tại trong nước nên xâm nhập vào cơ thể vẫn tiềm ẩn nguy cơ mắc bệnh
máy lọc nước nano geyser
Phương pháp hóa chất
Trong thực tế áp dụng hàng loạt phương pháp xử lý nước bằng hóa chất với mục đích kế hợp các ion Ca2+ và Mg2+ hòa tan trong nước thành các hợp chất không tan dễ lắng và lọc. Các hóa chất thường dùng để làm mềm nước là vôi, sođa Na2CO3, xút NaOH, hyđrôxit bari Ba(OH)2, photphat natri Na3PO4.
Chọn phương án làm mềm nước bằng hóa chất cần phải dựa vào chất lượng nước nguồn, mức độ làm mềm cần thiết và lượng hòa chất dùng cũng cần tính toán vừa đủ tránh xảy ra hiện tượng thừa hóa chất sau khi xử lý. Trong một vài trường hợp có thể kết hợp làm mềm nước với khử sắt, khử silic, khử photphat…
Xem thêm: Xử lý nước nhiễm phèn
Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi
Khử độ cứng cacbonat của nước bằng vôi có thể áp dụng trong trường hợp ngoài yêu cầu giảm độ cứng cần phải giảm cả độ kiềm của nước.
Làm mềm nước bằng vôi và sođa (Na2CO3)
Làm mềm nước bằng vôi và sođa là phương pháp có hiệu quả đối với thành phần ion bất kỳ của nước. Khi cho vôi vào nước khử được độ cứng canxi và magiê ở mức tương đương với hàm lượng của ion hyđrôcacbonat trong nước.
Xử lý bằng máy lọc nước công nghệ Ro
Ngoài những phương pháp cổ điển trên thì vào thập niên 50 của thế kỷ trước con người đã phát minh ra công nghệ lọc nước Ro bằng quá trình lọc thẩm thấu giúp tạo ra nguồn nước tinh khiết, loại bỏ hoàn toàn các chất khác có trong nước.
Xử lý nước cứng bằng công nghệ Nano
Sản xuất được màng lọc có kích thước nano là một bước tiến lớn về mặt công nghệ trong ngành xử lý nước gần đây. Với kích thước mắt lọc cực kỳ bé nên hiệu quả lọc nước rất cao: loại bỏ hoàn toàn vi khuẩn, kim loại nặng,…nhưng vẫn giữ lại các nguyên tố vi khoáng có lợi cho sức khỏe