Nước cứng là gì? Cách làm mềm nước cứng tạm thời, toàn phần & vĩnh cửu

Các dụng cụ đựng nước như ấm đun nước, ấm giữ nhiệt sau một thời gian đun nước hay các vòi nước, vòi hoa sen sẽ xuất hiện một lớp cáu cặn trắng bám trong bề mặt và người ta thường nói nguyên nhân do nước cứng. Vậy nước cứng là gì? Nguyên nhân hình thành nên nước cứng? Tác hại và cách xử lý nước cứng như thế nào? Cùng theo dõi bài viết dưới đây của VietChem để làm rõ các vấn đề này.

Nước cứng là gì?

Nước cứng là nước có chứa một lượng lớn các khoáng chất dưới dạng những ion hay rõ hơn nó là loại nước có chứa hàm lượng các khoáng chất hòa tan mà chủ yếu là cation canxi (Ca²⁺) và Magie (Mg²⁺) có trong 1 lít nước cao vượt quá mức cho phép. Tổng hàm lượng 2 ion đó biểu thị cho tính chất cứng của nước. Nếu hàm lượng của canxi và magie vượt quá 300mg/lít sẽ được gọi là nước cứng. Khi nước chứa nhiều Mg²⁺ sẽ có vị đắng.

Nước cứng là gì?

Thành phần của nước cứng

Nước cứng bao gồm canxi và magie cùng các khoáng chất khác. Có thể có các ion sắt, khi bị oxi hóa nó sẽ xuất hiện dưới dạng những vết ố màu nâu đỏ trên bề mặt vật liệu tráng men hay vải sợi. Ngoài ra còn một số ion kim loại khác như stronti, nhôm, bari, mangan cùng kẽm cũng chiếm hàm lượng rất thấp trong nước hoặc gần như không đáng kể.

Các mức độ của nước cứng

Theo USGS (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ) thì độ cứng của nước được xác định dựa trên nồng độ của Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước. Nó được chia thành các hạn mức cơ bản:

• 0 – 60 mg/L: nước mềm
• 61 – 120 mg/L: nước cứng vừa phải
• 121 – 180 mg/L: nước cứng
• Trên 180 mg/L: nước rất cứng

Nguyên nhân hình thành nước cứng

Nước được xem là một dung môi rất tốt, có thể dễ dàng hút và hòa tan các tạp chất. Từ đầu nguồn, nước chia thành các dòng chảy qua những địa hình khác nhau đồng nghĩa với việc nước tiếp xúc và hòa tan với các nguyên tố vi lượng trong đất đá bao, nhất là khi đi qua địa hình có mỏ khoáng sản hay đá vôi sẽ hòa tan một khối lượng đáng kể canxi và magie khiến hàm lượng ion Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước vượt mức cho phép, hình thành nên nước cứng.

Nếu là nước ngầm, nó sẽ đi qua các lớp đất đá hay các lớp đá vôi, trầm tích hòa tan các ion Ca²⁺, Mg²⁺ làm tăng độ cứng cho nước.

Như vậy, khi nước chảy từ nguồn di chuyển qua đá và đất, nó hòa tan một lượng nhỏ khoáng chất và giữ lại chúng, tích lũy dần các khoáng chất này qua cuộc hành trình của mình, đến khi đặt nồng độ đủ trở thành nước cứng.

♻️♻️♻️ Nước vôi trong là gì, có độc không? Nước vôi trong mua ở đâu?

Dấu hiệu của nước cứng

• Xuất hiện cặn phấn trắng hoặc đốm trên các bát đĩa kim loại, trên đồ thủy tinh hay gương, kính khi khô.
• Quần áo và khăn trải có cảm giác thô ráp và trông xỉn màu sau khi giặt
• Trên vòi nước có vảy ố tích tụ
• Dẫn đến da và tóc bị khô khi sử dụng nguồn nước đã nhiễm đá vôi
• Nhanh bị tắc đường ống và vòi dẫn nước
• Có thể thấy những mảng dày trắng bám lại trong các dụng cụ đun, đựng nước như ấm đun nước, ấm giữ nhiệt nước
• Khi để đông đá, nước cứng so với nước sạch sẽ làm đá có màu đục và tan nhanh hơn
• Có hiện tượng thùng máy giặt bị đóng cặn trắng và có thể bị tắc. Đối với khi giặt tay, lượng bọt của xà phòng, bột giặt hay sản phẩm tẩy rửa khác sẽ bị giảm bớt.
• Trong công nghiệp: có các cáu cặn bám trên thành ống, thành nồi của hệ thống lò hơi, nồi hơi hoặc đường ống tháp giải nhiệt và có thể dẫn đến đường ống bị tắc nghẽn.

Nước cứng là gì? Một số dấu hiệu nước cứng có thể nhìn thấy bằng mắt thường

Phân loại nước cứng

1. Nước cứng tạm thời

• Đây là loại nước cứng do các muối Ca(CO₃)₂ và Mg(HCO₃)₂ có chứa các: Ca²⁺, Mg²⁺, HCO^3- gây nên. Thông thường, trong sinh hoạt, nước cứng tạm thời sẽ không còn tính cứng nữa khi được đun sôi do khi đó muối hidrocacbonat đã bị nhiệt phân thành muối không tan.

2. Nước cứng vĩnh cửu

• Đây là loại nước khi đun sôi vẫn không thể làm hết tính cứng của nó. Tính cứng của loại nước này do các loại muối là MgCl₂, CaCL₂, MgSO₄ và CaSO₄ gây ra.

3. Nước cứng toàn phần

• Là loại nước cứng mang cả 2 đặc tính của nước cứng tạm thời và vĩnh cữu. Thành phần nó bao gồm các muối CaSO₄, Mg(HCO₃)₂ và muối MgCl₂, CaCl₂, MgSO₄.

Tác hại của nước cứng

1. Trong sinh hoạt

• Giảm khả năng tạo bọt của xà phòng do nước cứng không hòa tan được nó. Dẫn đến hiện tượng quần áo có thể còn vết bẩn hay bột xà phòng chưa tan hết. Ngoài ra, sử dụng nước cứng để giặt quần áo làm vải nhanh bị mục và dễ phai màu.
• Các thiết bị nhà tắm, nhà bếp bị rỉ sét, vôi hóa, dẫn đến nhanh bị hư hỏng.
• Gây ra các mảng ố vàng, bám dính làm mất thẩm mỹ các dụng cụ, thiết bị trong nhà
• Gây lắng cặn và tắc ứ đường nước, làm mất thêm khoản chia tiêu cho việc sửa chữa đường ống hay chi phí thay thế phụ kiện.
• Khi nấu ăn bằng nước cứng cũng khiến thực phẩm lâu chín và giảm mùi vị

Nước cứng là gì? Các thiết bị nhà tắm bị rỉ sét, bám cặn do nước cứng gây mất thẩm mỹ

2. Trong sản xuất công nghiệp

• Đối với ngành diệt may: làm cho các sợi vải bị cứng và trầy xước khi giặt bằng nước cứng. Có thể tạo màu vàng đỏ bám trên vải đã giặt do thành phần sắt trong nước cứng. Việc không hòa tan hết xà phòng, các cặn và bụi bẫn sẽ bám theo vải làm chất lượng của sản phẩm bị giảm xuống.
• Trong ngành công nghiệp đồ uống: nước sử dụng trong ngành công nghiệp đồ uống phải được đảm bảo an toàn, không chứa các chất gây ô nhiễm và vi sinh vật. Nếu dùng nước cứng sẽ làm thay đổi màu cùng mùi vị của sản phẩm và có thể phải chi trả một khoản tiền khá cao để giảm độ cứng, làm mềm nước cứng, hạn chế ảnh hưởng của nó.
• Đối với các thiết bị lò hơi, nồi hơi và tháp giải nhiệt: nước được sử dụng trong nồi hơi và tháp giải nhiệt để làm môi trường truyền nhiệt. Khi dùng nước cứng, nó sẽ ăn mòn tháp giải nhiệt và tạo ra cáu cặn trong nồi hơi cùng đường ống làm nước bị tắc. Điều này dẫn đến tăng áp suất trong nồi và đường ống lên cao, có thể dẫn đến tình trạng cháy nổ. Ngoài ra, còn gây tiêu phí nhiều điện năng và làm giảm tuổi thọ của các thiết bị

Các nồi hơi, lò hơi bị bám cáu cặn do dùng nước cứng

3. Đối với sức khỏe

• Nước có độ cứng cao sẽ gây ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe con người đặc biệt là nước cứng tạm thời.
• Khi tắm bằng nước cứng, xà bông sẽ không được hòa tan, nó tạo ra các cặn bám lên cơ thể gây hiện tượng khô da, khô tóc hay dị ứng, mẩn ngứa thậm chí là cả viêm da nếu không được rửa sạch.
• Dùng nước cứng lâu ngày sẽ dẫn đến sỏi thận, sỏi tiết niệu hay làm tắc thành trọng của động mạch và tĩnh mạch do đóng cặn vôi.
• Khi sử dụng nước cứng để sắc thuốc sẽ làm thay đổi tác dụng của nước và thậm chí còn gây ra những tác dụng phụ nguy hiểm.

Sử dụng nước cứng gây ngứa ngáy, dị ứng khi không hòa tan hết xà bông, xà phòng

Cách xử lý nước cứng

1. Nguyên tắc làm mềm nước cứng

Nguyên tắc làm mềm nước cứng là giảm nồng độ của các cation Ca²⁺ và Mg²⁺ có trong nước cứng. Để thực hiện nguyên tắc này, người ta dùng phương pháp chuyển các cation tự do này vào hợp chất không tan (phương pháp kết tủa) hoặc thay thế các cation này bằng những cation khác (phương pháp trao đổi ion).

- Phương pháp trao đổi ion

• Nguyên lý hoạt động của phương pháp này là sử dụng hạt nhựa trao đổi ion để thay thế những in tự do có hại trong nước. Canxi và magie sẽ được thay thế bằng các muối natri và kali vô hại, có khả năng hòa tan trong nước.  Phản ứng trao đổi ion sẽ tách ion Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước và hoán vị với Na+ cùng K+ tong hạt nhựa làm mềm nước mà vẫn đảm bảo được lượng muối khoáng cần thiết.
• Ưu điểm: chi phí rẻ, dễ áp dụng, tuổi thọ cao.

- Phương pháp kết tủa

• Phương pháp kết tủa hay phương pháp làm mềm nước bằng vôi – soda, đây là một trong những phương pháp được áp dụng phổ biến trong làm mềm nước. Phương pháp này sẽ loại bỏ Ca²⁺ và Mg²⁺ ra khỏi nước nhờ tính tan thấp của CaCO₃ và Mg(OH)₂ bằng cách sử dụng vôi tôi Ca(OH)₂ và soda Na₂CO₃. Sau khi CaCO₃ và Mg(OH)₂ kết tụ thành bông cặn thì sẽ được tách khỏi nước bằng các biện pháp kết bông, lắng, lọc. Trong phương này cần lưu ý điều chỉnh độ pH cho dung dịch có tính kiềm để hỗ trợ phản ứng tạo kết tủa.
• Phương pháp làm mềm nước bằng vôi – soda có một số nhược điểm cần lưu ý trước khi lựa chọn như do chất tủa có tính tan yếu nên dung dịch sau khi làm mềm sẽ vẫn có chứa một lượng nhỏ độ cứng (khoảng 50 – 85 mg/l CaCO₃), cần có quy trình xử lý chặt chẽ vì nó sẽ tạo ra một lượng cặn bùn lớn, theo dõi và điều chỉnh liên tục độ pH.

- Ngoài ra, còn có thể sử dụng một số phương pháp khác như: phương pháp khử muối khoáng, phương pháp thẩm thấu ngược và phương pháp chưng cất.

2. Cách làm mềm nước cứng tạm thời

• Xử lý nước cứng tạm thời bằng cách đun sôi nước. Khi nóng lên làm ho ion bicarbonate có trong nước cứng tạm thời bị phân hủy thành ion cacbonat cùng carbon dioxide và nước. Sau dó ion cacbonat có thể phản ứng với các ion khác trong dung dịch tạo ra các hợp chất không tan như CaCO₃ và MgCO₃.
• Ngoài ra, có thể dung các chất như NaOH, Ca(OH)₂, Na₂CO₃ cùng Na₃PO₄ đưa vào nước để kết tủa các hợp chất có trong nước.

3. Cách làm mềm nước cứng vĩnh cửu

• Cần sử dụng các phương pháp hóa học để làm mềm nước cứng vĩnh cửu. Có thể xử lý bằng natri cacbonat hay cho nước cứng qua các bộ trao đổi ion. Phương pháp chưng cất nước cũng có thể sử dụng nhưng khó khả thi khi muốn thực hiện một lượng lớn nước.

4. Cách làm mềm nước cứng toàn phần

• Sử dụng tương tự các cách làm mềm nước cứng vĩnh cửu cùng nước cứng tạm thời.

Cách tính độ cứng của nước

1. Phương pháp đo

Để xác định được độ cứng trong nước người ta sử dụng các phương pháp thí nghiệm hóa lý như chuẩn độ hay đo bằng thiết bị đo. Trong đó, phương pháp chuẩn độ bằng axit etylendiamintetraaxetic (EDTA) là phổ biến nhất. Phương pháp này sẽ được thực hiện trong phòng thí nghiệm với các thiết bị như buret hay với những bộ kit thí nghiệm được chuẩn bị sẵn. Trong trường hợp không cần đo chính xác độ cứng của nước có thể dùng giấy thử chỉ thị màu. Ngoài ra có thể dùng phương pháp so màu khi dùng dung dịch EDTA với máy quang phổ hoặc dùng thiết bị có đầu điện cực chọn lọc ion khi mẫu nước có chứa nhiều tạp chất và độ đục cao mà không thể dùng phương pháp so màu được.

2. Đơn vị đo

Thông thường, độ cứng toàn phần được tính theo đơn vị đo là mol/L hoặc mmol/L nhưng độ cứng của nước có nhiều đơn vị khác nhau, phụ thuộc vào thang đo được sử dụng. Bạn có thể tham khảo bảng quy đổi đơn vị đo độ cứng của nước dưới đây:

	1mmol/L	1ppm, mg/L	1 oHD	1oe, oClark	1 ofH
mmol/L	1	0,009991	0,1783	0,1424	0,09991
ppm, mg/L (độ cứng Mỹ)	100,1	1	17,85	14,25	10
oHD (độ cứng Đức)	5,608	0,05603	1	0,7986	0,5603
oe, oclark (độ cứng Anh)	7,022	0,07016	1,252	1	0,7016
ofH (độ cứng Pháp)	10,01	0,1	1,785	1,425	1

3. Các loại chỉ số

3.1. Chỉ số bão hòa Langelier (LSI)

Đây được xem là chỉ số thường gặp nhất trong các chỉ số bão hòa của canxi cacbonat. Nó dùng để xác định khả năng hình thành cáu cặn của nước. Chỉ số bão hòa này được tính bằng hiệu số giữa độ pH đo được của nước (pH_a) cùng độ pH khi bão hòa của CaCO₃ (pH_s) với công thức:

LSI = pH_a – pH_s

• Nếu LSI > 0, nước có xu hướng hình thành nên cáu cặn do quá bão hòa CaCO₃
• Nếu LSI < 0, nước có xu hướng hòa tan CaCO₃ có trong nước và không có xu hướng tạo thành cáu cặn.
• Nếu LSI = 0, là trạng thái cân bằng CaCO₃ trong nước. Tuy nhiên, các yếu tố như tính chất nước, nhiệt độ hay sự bay hơi đều có thể ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng và chỉ số LSI

3.2. Chỉ số Ryznar

Chỉ số bão hòa Ryznar hay chỉ số ổn định Ryznar (RSI) xác định trên dữ liệu đo lường của độ dày lớp cáu cặn trong hệ thống cấp nước đô thị để dự đoán những ảnh hưởng tính chất hóa học của nước. Nó được tính theo công thức:

RSI = 2pH2 – PH

Trong đó:

pH_s: pH ở điều kiện bão hòa CaCO₃

pH: giá trị đo của mẫu nước

• Nếu 6,5 < RSI < 7: nước đang ở trạng thái cân bằng bão hòa với canxi cacbonat
• Nếu RSI < 6: nước đang ở trạng thái quá bão hòa CaCO₃ và có xu hướng hình thành cáu cặn. Khi chỉ số RSI càng thấp thì khả năng tạo cáu cặn càng nhiều.
• Nếu RSI > 7: nước đang ở trạng thái dưới bão hòa CaCO₃ và không hình thành cặn canxi cacbonat. Nhưng nếu RSI > 8, có thể dẫn đến hiện tượng ăn mòn và RSI > 9 sẽ có thể gây ra những hư hỏng trong cấu kiện các thiết bị bằng sắt, thép trong thời gian ngắn.

3.3. Chỉ số Puckorius

Chỉ số tạo cáu cặn Puckorius (PSI) là chỉ số định lượng liên hệ giữa trạng thái bão hòa với khả năng hình thành cáu cặn bằng cách ước lương ra khả năng tạo dung dịch đệm của nước. Công thức tính:

PSI = 2pH_cb – pH_s

Với pH_cb là pH cân bằng được tính bằng: pH_cb = 1,465 x log10[A] + 4,54

• PSI < 5,5: nước có xu hướng hình thành cáu cặn
• 5,5 < PSI < 6,5: dung dịch ở trạng thái cân bằng
• PSI > 6,5: nước có xu hướng ăn mòn

Ngoài ra còn có các chỉ số bão hòa khác: chỉ số Larson – Skold, chỉ số Stiff – Davis, chỉ số Oddo – Tomson.

Uống nước cứng có sao không?

Nước cứng có thể an toàn dể uống nếu hàm lượng khoáng chất trong nước cứng ở trong giới hạn cho phép. Theo tiêu chuẩn của Bộ Y Tế thì chỉ tiêu độ cứng trong nước uống là 300 ppm. Nó có thể đáp ứng yêu cầu về canxi và magie, mang những lợi ích vô cùng quan trọng đối với sức khỏe con người. Nhưng nếu hàm lượng khoáng chất vượt quá giới hạn cho phép thì nó lại gây hại cho sức khỏe vì vậy, cần lưu ý khi sử dụng nước cứng

Nước cứng là gì? Uống nước cứng có ảnh hưởng gì không?

Trên đây là những thông tin quan trọng về nước cứng là gì mà VietChem muốn chia sẻ đến bạn đọc, mong rằng đã giúp bạn hiểu thêm về nước cứng, tác hại và cách xử lý nước cứng hiệu quả. Nếu bạn đang lo lắng về vấn đề tẩy rửa cáu cặn trong công nghiệp thì hãy liên hệ với VietChem. Tại đây, chuyên cung cấp giải pháp vệ sinh tẩy cáu cặn các hệ thống, thiết bị trao đổi nhiệt với công nghệ hiện đại và giá thành hợp lý sẽ khiến quý khách hàng hài lòng. Để biết thêm thông tin chi tiết về dịch vụ vui lòng gọi đến số hotline hoặc nhắn tin qua website hoachat.com.vn, quý khách sẽ nhận được tư vấn, hỗ trợ tốt nhất từ hệ thống các chuyên viên giàu kinh nghiệm.

XEM THÊM:

??? Hóa chất PAC Việt Trì 31% Giá TỐT NHẤT Đến Từ VietChem

❎❎❎ Hóa chất PAM (Polyacrylamide) là gì? Giá chất trợ lắng PAM?