درباره آب سخت چه می دانید؟ عوارض و خطرات آن

سختی آب معیاری است که نشان می دهد چه مقدار مواد معدنی “سخت” کلسیم و منیزیم وجود دارد. آب سخت حاوی غلظت بالایی از این مواد معدنی است. از سوی دیگر، آب نرم حاوی مواد معدنی سختی کمی است.

درواقع آب سخت برای توصیف هر آبی که حاوی یون های معدنی با بار +۲ است استفاده می شود.

در ادامه با نشریه علمی جهان شیمی همراه باشید تا عوامل تشکیل و اثرات آب سخت بر سلامتی و خانه را بشناسید.

آب سخت چیست

آب سخت دارای تعداد زیادی مواد معدنی محلول، عمدتاً منیزیم و کلسیم است. آب وقتی از آسمان می افتد به طور طبیعی نرم است و پس از تماس با زمین سختی خود را به دست می آورد.

اگر آب باران در منطقه ای با سنگ های متخلخل مانند سنگ آهک فرود آید، آب به زمین نفوذ کرده و با عبور از آن ذرات و مواد معدنی مانند کلسیم و منیزیم را جمع آوری و حل کرده و سختی خود را به دست می آورد. اگر آب روی سنگ های غیر متخلخل مانند گرانیت بیفتد، آب نمی تواند به زمین نفوذ کند و بنابراین نمی تواند ذرات یا مواد معدنی را جمع کند و بنابراین نرم می ماند.

ترکیبات شیمیایی آب سخت

آب سخت، حاوی غلظت بالایی از مواد معدنی محلول، معمولاً کربنات های کلسیم یا منیزیم (CaCO3 یا MgCO3)، کلریدها (CaCl2 یا MgCl2) یا سولفات ها (CaSO4 یا MgSO4) است.

سختی آب به منبع آن بستگی دارد. آب های زیرزمینی که با سنگ های متخلخل حاوی رسوبات مواد معدنی مانند سنگ آهک یا دولومیت در تماس بوده اند بسیار سخت خواهند بود، در حالی که آب از یخچال های طبیعی یا جریان از میان سنگ های آذرین بسیار نرم تر است.

 

چگونه آب سخت می شود

کلسیم و منیزیم مواد معدنی طبیعی هستند که در سنگ ها و خاک های سراسر جهان یافت می شوند. بیشتر آب آشامیدنی ما از آب های زیرزمینی تامین می شود – یعنی آب بارانی که به داخل زمین نفوذ کرده و سفره های زیرزمینی را پر می کند.

هنگامی که آب از لایه های سنگ و خاک عبور می کند، مقداری از مواد معدنی زمین از جمله کلسیم و منیزیم را جذب می کند.

مقدار کلسیم و منیزیمی که وارد آب های زیرزمینی می شود به زمین شناسی منطقه بستگی دارد. به طور کلی، هر چه سنگ ها و خاک های غنی از مواد معدنی در منطقه بیشتر باشد، آب محلی سخت تر خواهد بود.

سنگ های رسوبی یکی از دلایل ایجاد آب سخت

یکی از دلایل به وجود آمدن آب های سخت سنگ های رسوبی هستند.

سنگ‌های رسوبی متخلخل‌تر از سنگ‌های دگرگونی هستند که برای مدت طولانی تحت فشار فشرده شده‌اند. این فشردگی تخلخل و فضای موجود بین ذرات را کاهش می‌دهد به همین دلیل آب می‌تواند از آن عبور کند.

آب یک حلال است، یعنی می تواند ترکیبات شیمیایی را حل کند. هنگامی که باران روی سنگ های رسوبی می بارد، به آرامی در زمین نفوذ می کند و مقادیر کمی از ترکیبات شیمیایی را که با خود می برد در خود حل می کند.

این ترکیبات شیمیایی عمدتاً کلسیم و منیزیم هستند، اگرچه سایر ترکیبات شیمیایی مانند آهن نیز قابل حل هستند.

هنگامی که آب، که اکنون حاوی مواد معدنی است، در زمین حرکت می کند، شروع به جمع شدن در رودخانه ها، دریاچه ها و مخازن می کند. از آنجا به منبع آب ما می رود و در نهایت از طریق لوله های ما در خانه می آید تا برای نوشیدن، پخت و پز، شستشو و گرمایش استفاده شود.

علائم سختی آب چیست

اگر در خانه خود آب سخت دارید، احتمالاً از آن مطلع خواهید شد. علائم سختی آب شامل موارد زیر است:

آهک روی سر دوش، سینک و وان حمام

رسوب آهک بارزترین علامت آب سخت است. این ماده سفید و خشن می تواند در اطراف شیرهای آب، روی سر دوش، و در سینک و وان شما جمع شود.

کف صابون روی دست

آب سخت همچنین می‌تواند یک لایه لایه‌ای ایجاد کند که روی پوست و موی شما می‌نشیند که به نام کف صابون شناخته می‌شود. این به دلیل واکنش صابون به کلسیم موجود در آب است.

از دست دادن فشار آب

رسوب آهکی تولید شده توسط آب سخت می تواند در داخل لوله ها و لوله کشی تجمع کند و جریان آب را کند کند. این می تواند منجر به کاهش فشار آب شود که ممکن است بر جریان آب از شیرها و سر دوش تأثیر بگذارد.

طعم آب معدنی

کلسیم و منیزیم به آب طعم معدنی قلیایی می دهد. اگر آب شما طعمی مشابه آب معدنی بطری دارد، احتمالاً دارای منیزیم و کلسیم بالایی است.

لکه های سفید روی ظروف شیشه ای و ظروف

مواد معدنی کلسیم و منیزیم نیز می توانند باعث ایجاد لکه های سفید و شیری روی ظروف و ظروف شیشه ای شوند. هنگام استفاده از آب سخت برای شستشو، پاک کردن این لکه ها می تواند دشوار باشد.

آب سخت چگونه اندازه گیری می شود

سختی آب بر حسب میلی گرم کربنات کلسیم در لیتر تعیین و بر حسب قسمت در میلیون (ppm) گزارش می شود.

در واقع این آب بر حسب قسمت در میلیون (PPM) اندازه گیری می شود و تعداد ذرات سختی که در هر میلیون ذره در آب حل می شود، رتبه بندی می دهد. این رتبه بندی در طول زمان به دسته های زیر توسعه یافته است:

۰ – ۵۰ PPM نرم است.

۵۱ – ۱۰۰PPM نسبتاً نرم است.

۱۰۱ – ۱۵۰PPM کمی سخت است.

۱۵۱ – ۲۰۰PPM نسبتاً سخت است.

۲۰۱ – ۲۷۵ PPM سخت است.

۲۷۶ – ۳۵۰ PPM بسیار سخت است.

۳۵۰ + PPM به شدت سخت است.

مشکلات ناشی از آب سخت

مشکل آب سخت این است که باعث ایجاد رسوب آهک می شود. این رسوب می تواند هم بر سلامتی و هم بر خانه شما تاثیراتی ایجاد کند. این رسوب گذاری می تواند باعث آسیب به لوله کشی ساختمان شود و خساراتی را برای خانه شما به وجود بیارد.

مصرف و نوشیدن آب سخت بی خطر گزارش شده اما مصرف آن در برخی افراد مثل بیماران کلیوی توصیه نمی شود.

در ادامه این اثرات آب سخت را بصورت جزئی تر بررسی کرده ایم.

اثرات آب سخت در خانه

علیرغم اینکه آب سخت برای نوشیدن کاملاً بی خطر است، می تواند باعث ایجاد برخی مشکلات پرهزینه در خانه شما شود. آب سخت، هنگامی که تصفیه نشود، باعث ایجاد رسوب آهک می شود و این رسوب آهک است که به مرور زمان به وسایل برقی و لوله کشی شما آسیب می رساند.

رسوب آهک می تواند آسیب گران قیمتی به سیستم گرمایشی و لوازم خانگی شما وارد کند

رسوب آهک در بسیاری از مناطق خانه دیده می شود. در زیر مکان هایی را مشاهده خواهید کرد که می توانید رسوب آهک و اثرات آب سخت و مهمتر از آن مکان های نادیده ای که رسوب آهک در آنها ایجاد می شود و آسیب های گران قیمتی به خانه شما وارد می کند را مشاهده کنید.

اثرات آشکار آب سخت در خانه

• رسوب آهک روی کتری ها جمع می شود.
• شامپو و صابون ممکن است به راحتی کف نکنند.
• رسوب آهک روی سر دوش ها و شیرها تشکیل می شود.
• صفحه های دوش ابری می شوند.
• کاسه های توالت رسوب آهک را جمع آوری می کنند.
• ممکن است لازم باشد از مایع شوینده و پودر لباسشویی بیشتری استفاده کنید.
• ممکن است روی کاشی‌های دوش در برخی از مناطق بریتانیا که آب دارای محتوای آهن بیشتری است، زنگ قرمز رنگی ایجاد شود.
• لباس ها و حوله ها ممکن است سفت و زبر باشند.
• لیوان ها و ظروف ممکن است کدر و کدر شوند.
• پارچه های سفید ممکن است خاکستری شوند و پارچه های رنگی ممکن است درخشندگی خود را از دست بدهند.
• ممکن است هنگام شستن ماشین در خانه، بقایای گچی باقی بماند.
• وقتی دیگ شروع به کار می کند، ممکن است کتری، صدای غرش کم شنیده شود.
• فشار ضعیف آب ممکن است در حمام رخ دهد.

اثرات پنهان آب سخت در خانه

• رسوب آهک در لوله های آب خانگی و گرمایش ایجاد می شود که جریان و فشار آب را کاهش می دهد.
• رسوب آهک در لوازم خانگی ایجاد می شود و کارایی و طول عمر آنها را کاهش می دهد.
• رسوب آهک در بخاری های غوطه وری ایجاد می شود که طول عمر و کارایی را کاهش می دهد.
• رسوب آهک بر روی مبدل حرارتی دیگ بخار ایجاد می‌شود که کارایی و طول عمر دیگ را کاهش می‌دهد و گرمایش خانه را سخت‌تر می‌کند.
• صورت‌حساب‌های انرژی افزایش می‌یابد زیرا سیستم گرمایشی ناکارآمد ممکن است برای گرم کردن خانه نیاز به روشن بودن طولانی‌تر داشته باشد و وسایل برقی برای انجام کارشان انرژی بیشتری مصرف می‌کنند.
• هزینه‌های تعمیر و نگهداری لوازم خانگی افزایش می‌یابد زیرا سخت‌تر از کار بدون رسوب آهک کار می‌کنند و بنابراین عناصر سریع‌تر فرسوده می‌شوند.
• لوازم خانگی و دیگ‌ها نیاز به تعویض بیشتری دارند، زیرا گاهی اوقات تعویض کل دستگاه یا دیگ کارآمدتر از یک عنصر واحد است.
• دمای پایین‌تر آب گرم در سیستم گرمایشی امکان‌پذیر است، زیرا رسوب آهک از انتقال آسان گرمای دیگ به داخل آب جلوگیری می‌کند.

اثرات آب سخت بر سلامتی

مطالعات به طور کلی نشان داده اند که آب سخت تأثیرات مثبتی بر سلامت مصرف کنندگان دارد. چندین مطالعه گزارش کرده‌اند که کلسیم و منیزیم موجود در آب آشامیدنی یک اثر محافظتی وابسته به دوز در مورد بیماری‌های قلبی عروقی دارند.

همچنین شواهدی وجود دارد که کلسیم و منیزیم موجود در آب آشامیدنی ممکن است به محافظت در برابر سرطان معده، روده بزرگ، رکتوم و سرطان پانکراس کمک کند و منیزیم ممکن است به محافظت در برابر سرطان مری و تخمدان کمک کند.

آب سخت همچنین ممکن است نقش محافظتی در برابر تصلب شرایین در کودکان و نوجوانان داشته باشد.

کمک به بهبود علائم اگزما

برخی از مطالعات ارتباط بین محتوای مواد معدنی آب و اگزما یا درماتیت در کودکان را نشان داده اند. با این حال، یک مطالعه در سال ۲۰۱۱ از دانشگاه ناتینگهام که شامل ۳۳۶ کودک ۶ ماهه تا ۱۶ ساله مبتلا به اگزما بود، این رابطه را مورد آزمایش قرار داد.

محققان واحدهای نرم کننده آب را در نیمی از خانه های شرکت کنندگان نصب کردند و اگزمای کودکان را در یک دوره ۳ ماهه زیر نظر گرفتند.

با استفاده از یک سیستم امتیازدهی استاندارد، گروهی که آب نرم شده دریافت کردند، ۲۰ درصد بهبودی نشان دادند، در حالی که گروهی که آب سخت را ادامه دادند، ۲۲ درصد بهبود را نشان دادند، که بعید می‌داند که آب سخت در بدتر شدن علائم اگزما نقش داشته باشد.

آب سخت موثر در دیابت نوع ۲ و یبوست

تخمین زده می شود که افرادی که در مناطق سخت آب زندگی می کنند و روزانه ۲ لیتر آب می نوشند، حدود ۵۲ میلی گرم منیزیم از آب خود دریافت می کنند. با توجه به مصرف توصیه شده روزانه منیزیم ۴۲۰ میلی گرم، آب می تواند حدود ۱۲ درصد از آن را تشکیل دهد.

افراد مبتلا به دیابت نوع ۲ اغلب هیپومنیزمی (منیزیم کم) را تجربه می کنند زیرا تنظیم انسولین برای عملکرد به منیزیم نیاز دارد. در این افراد، دریافت اضافی منیزیم از طریق آب آشامیدنی می تواند مفید باشد.

افزایش غلظت منیزیم در آب سخت همچنین می تواند برای افرادی که یبوست مزمن را تجربه می کنند مفید باشد، زیرا نمک های منیزیم به عنوان ملین عمل می کنند. یک مطالعه اشاره کرد که سبزیجات پخته شده در آب سخت اغلب در غلظت کلسیم خود افزایش می‌یابند، برخلاف کاهشی که هنگام پختن در آب نرم مشاهده می‌شود.

باعث خشکی پوست و مو می شود

اگر با آب سخت دوش بگیرید، ممکن است مشکلات پوستی خشک داشته باشید و موهای شما شکننده و فاقد رطوبت باشند. آب سخت همچنین کف کردن صابون را دشوارتر می کند، بنابراین در نهایت سریعتر از آنچه باید از محصولات مراقبت از پوست و مو استفاده خواهید کرد.

اثرات فیزیکی آب سخت

با این حال، دلایل غیرپزشکی وجود دارد که آب سخت همیشه ارجح نیست. اگر حلالیت نمک های معدنی بیش از حد باشد، آب سخت می تواند کدر به نظر برسد. علاوه بر این، اگر غلظت کلسیم از ۱۰۰ پی‌پی‌ام فراتر رود، آب مزه‌ای خنده‌دار خواهد داشت. هیچ یک از اینها خطری ندارند، اما مصرف کنندگان ظاهر و طعم “تمیز” را ترجیح می دهند.

اساساً، در حالی که آب سخت می‌تواند برای وسایل و لوله‌ها سخت باشد، اما برای بدن سخت نیست و در واقع می‌تواند باعث افزایش کمی دریافت روزانه کلسیم و منیزیم شود.

روش های تصفیه آب سخت

برای تصفیه سختی آب، چندین سیستم موجود است. محبوب ترین گزینه های درمانی نرم کننده های آب تبادل یونی، نرم کننده های آب بدون نمک و رسوب زدای الکترونیکی/مغناطیسی هستند.

نرم کننده تبادل یونی

نرم کننده های آب تبادل یونی از دو مخزن تشکیل شده اند: یک مخزن آب نمک و یک مخزن رزین. مخزن آب نمک حاوی سدیم است که به مخزن رزین فرستاده می شود.

هنگامی که منبع آب از طریق مخزن رزین جریان می یابد، مواد معدنی کلسیم و منیزیم به رزین جذب می شوند. آنها از آب بیرون کشیده می شوند و به دانه های رزین می چسبند، در حالی که مقادیر مساوی یون سدیم در آب آزاد می شود.

رزین در نهایت با کلسیم و منیزیم اشباع می شود و از سدیم تهی می شود. هنگامی که این اتفاق می افتد، نرم کننده بازسازی می شود، مواد معدنی سختی را از بین می برد و محیط را با سدیم پر می کند.

تهویه آب

تهویه‌کننده‌های آب از روش کریستالیزاسیون، مانند کریستالیزاسیون به کمک قالب، برای جلوگیری از تشکیل رسوب مواد معدنی سخت استفاده می‌کنند.

این سیستم ها معمولاً از یک مخزن منفرد حاوی یک محیط تهویه استفاده می کنند. هنگامی که آب از این محیط عبور می کند، کلسیم و منیزیم به ریزکریستال های نامحلول متبلور می شوند و لبه های بیرونی سختی را تشکیل می دهند.

این روش تصفیه آب از نظر فنی آب را نرم نمی کند، زیرا مواد معدنی هنوز وجود دارند. با این حال، کلسیم و منیزیم را تغییر می دهد و از چسبیدن آنها به سطوح به عنوان رسوب آهک جلوگیری می کند.

رسوب زدایی الکترونیکی/مغناطیسی

رسوب زدایی مغناطیسی یا الکترونیکی مقرون به صرفه ترین گزینه تصفیه آب سخت است.

هیچ مخزن، رسانه یا رزینی در رسوب زدایی الکترونیکی/مغناطیسی وجود ندارد. در عوض، سیستم شامل آهنرباها یا سیم هایی است که در اطراف یک نقطه ورودی خط تامین آب قرار می گیرند.

این سیم‌ها یا آهن‌رباها یک میدان الکترومغناطیسی آزاد می‌کنند که رفتار کلسیم و منیزیم را در آب تغییر می‌دهد و از تشکیل رسوب در آن‌ها جلوگیری می‌کند.