Czym jest twardość wody i na czym polega jej badanie?

Badanie twardości wody ma duże znaczenie przy ocenie jej przydatności do celów przemysłowych. Woda przeznaczona do zasilania kotłów parowych, chłodzenia urządzeń przemysłowych i dla sieci ciepłowniczych powinna być miękka. Sole wapnia i magnezu obecne w twardej wodzie zwiększają jej korozyjność i przyczyniają się do wytrącania osadów (tzw. kamienia kotłowego). Dlatego jednym z podstawowych etapów uzdatniania wody do celów przemysłowych jest jej zmiękczanie.

Czym jest twardość wody?

Twardość jest właściwością wody wynikającą z obecności jonów wapnia, magnezu, żelaza, glinu, manganu i metali ciężkich. Jako że w wodach naturalnych w największych stężeniach występują jony magnezu i wapnia, przyjmuje się, że twardość pochodzi głównie od nich i wyróżnia twardość magnezową oraz wapniową. Ponadto rozróżnia się twardość wody przemijającą – wywoływaną przez wodorowęglany wapnia i magnezu oraz twardość stałą (niewęglanową) – wywoływaną przez krzemiany wapnia i magnezu, chlorki, azotany oraz siarczany.

Twardość wody wyrażana jest w różnych jednostkach. W akredytowanym laboratorium ESC GLOBAL, jak w większości krajowych jednostek badawczych, najczęściej stosuje się jednostki mg/l CaCO3, mmol/dm3, mval/dm3 lub niemieckie stopnie °dH/°n. W technologii uzdatniania wody stosuje się też stopnie twardości wody francuskie °F, angielskie °C i amerykańskie °A.

Jak bada się twardość wody?

Do oznaczania ogólnej twardości wody najczęściej wykorzystuje się metodę wersenianową. Polega ona na kompleksometrycznym miareczkowaniu próbki wody wersenianem dwusodowym (EDTA) wobec barwnika czerni eriochromowej T w środowisku zasadowym. Podczas miareczkowania wersenianem sodu połączenia kompleksowe jonów Ca2+ i Mg2+ ze wskaźnikiem są zastępowane przez trwalsze kompleksy z wersanianem, skutkiem czego roztwór zmienia zabarwienie na niebieskie.

Twardość wapniową zazwyczaj oznacza się kompleksometrycznie za pomocą wersenianu disodu wobec kalcesu. W roztworze o pH ok. 13 jony wapnia tworzą z kalcesem kompleksowy związek o barwie czerwonej. Podczas miareczkowania wskaźnik przechodzi do niebiesko zabarwionej postaci wolnej. Zmiana zabarwienia roztworu miareczkowanego z czerwonej na niebieską jest podstawą identyfikacji końcowego punktu miareczkowania. Całkowita zawartość jonów magnezu obecnych w wodzie ulega wytrąceniu do trudno rozpuszczalnego wodorotlenku, który nie reaguje z wersenianem disodu. Zużyta na miareczkowanie ilość roztworu wersenianu pozwala na obliczenie twardości wapniowej wody.

W celu uzyskania wysokiej dokładności i powtarzalności wyników laboratorium ESC Global Sp. z o.o. stosuje nowoczesne testy kuwetowe do badania twardości w próbkach wody. Do analizy wykorzystywany jest najnowocześniejszy spektrofotometr firmy Hach Lange.