Tvrdost

I přesto, že je termín tvrdost vody z hlediska moderní hydrochemie zastaralý a nepřesný, mezi širokou i odbornou veřejností je natolik vžitý, že se s ním setkáváme zcela běžně i dnes. Pojem tvrdá voda nebyl nikdy jednoznačně definován, obecně se však pod tímto označením rozumí koncentrace všech vícemocných kationtů kovů alkalických zemin, především součet dvoumocných kationtů vápníku a hořčíku (Ca²⁺ / Mg²⁺).

Koncentrace všech minerálů obsažených ve vodě závisí zejména na geologickém podloží. Pokud zdroj vody pochází z vápenatého podloží, bude se vyznačovat vyšší tvrdostí než voda protékající žulovým územím.

Negativní účinky tvrdé vody se projevují jako vodní a kotelní kámen, který ulpívá na povrchu rozvodů a zařízení. Důsledkem je snižování průtoku, výkonu, trvanlivosti spotřebičů a zvýšení spotřeby energie. Naopak velmi měkká voda může být agresivní a urychlovat korozi.

Ze zdravotního hlediska je vyšší obsah vápníku a hořčíku spíše prospěšný, ale může přispívat k vysušování pokožky a vzniku kožních problémů. Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 83/2014 Sb. nestanovuje limit, pouze doporučený rozsah 2–3,5 mmol/l.

Tvrdost vody se dělí na:

• karbonátovou (přechodnou)
• nekarbonátovou (trvalou/stálou)

Karbonátová tvrdost je tvořena hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO₃)₂ a hořečnatým Mg(HCO₃)₂. Při ohřevu se tyto soli rozkládají na nerozpustné uhličitany, čímž vzniká vodní kámen. Dochází tak k dekarbonizaci:

Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂
Mg(HCO₃)₂ → MgCO₃ + H₂O + CO₂

Nekarbonátová tvrdost se nezmění teplotou, protože její soli zůstávají rozpustné. Tvoří ji především sírany (CaSO₄, MgSO₄), chloridy, dusičnany a křemičitany. Vysrážení se provádí pomocí:

MgSO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + Mg(OH)₂
CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + Na₂SO₄

Celkovou tvrdost vody způsobují všechny soli vápníku a hořčíku. Jednotkou je mmol/l, ale lze se setkat i s dalšími jednotkami:

• německé (°dH)
• anglické (°e)
• francouzské (°F)
• americké (ppm)

V ČR je stále běžně používán německý stupeň tvrdosti.

 

	mmol/l	°dH	°e	°F	ppm
1 mmol/l	1	5,61	7,02	10	100
1 °dH	0,178	1	1,25	1,78	17,85
1 °e	0,142	0,80	1	1,43	14,25
1 °F	0,10	0,56	0,70	1	10
1 ppm	0,01	0,056	0,07	0,1	1

 
Hodnocení tvrdosti vody se také rozděluje do kategorií a je spíše orientačního charakteru.
 

Kategorie	mmol/l	°dH	°e	°F	ppm
Velmi měkká	< 0,7	< 3,9	< 4,9	< 7	< 70
Měkká	0,7–1,25	3,9–7	4,9–8,8	7–12,5	70–125
Středně tvrdá	1,26–2,5	7–14	8,9–17,6	12,6–25	126–250
Tvrdá	2,51–3,75	14,1–21	17,7–26,3	25,1–37,5	251–375
Velmi tvrdá	> 3,75	> 21	> 26,3	> 37,5	> 375

 

Ke snížení tvrdosti vody se používá destilace, iontová výměna, membránová technologie a srážení dávkováním chemických sloučenin. K omezení účinků tvrdé vody se dále využívá dávkování inhibitorů tvrdosti (antiscalant) a magnetická úprava.

Mezi nejběžnější způsoby „změkčení“ vody patří technologie iontové výměny, která se využívá již od roku 1920 jako jednoduché, účinné a nákladově přijatelné řešení pro průmysl i domácnosti. Voda protéká přes iontoměničový filtrační materiál tvořený drobnými kuličkami, které na sebe navazují ionty vápníku a hořčíku a nahrazují je ionty sodíku nebo vodíku.

Iontoměnič (IONEX), který nese kladně nabité ionty, se nazývá KATEX. Pokud nese záporně nabité ionty, jde o ANEX.

Katex určený ke změkčení vody může pracovat ve dvou cyklech:

• Na⁺ cyklus – výměna Ca²⁺ a Mg²⁺ za ionty sodíku
• H⁺ cyklus – výměna za ionty vodíku

Výhodou této technologie je nízký vliv na korozivitu i zachování senzorických vlastností vody.

Katexová náplň má omezenou kapacitu – po jejím vyčerpání je třeba provést regeneraci. V Na⁺ cyklu se regeneruje protiproudým proplachem solným roztokem NaCl (rozpuštěná regenerační tabletová sůl), která vyplaví Ca²⁺ a Mg²⁺ a opět nasytí katex sodíkem. Po regeneraci je katex znovu připraven k použití.

Celková tvrdost vody po průtoku čerstvou katexovou náplní může být nižší než 0,1 °dH. Pokud je žádoucí vyšší výstupní tvrdost, lze ji upravit přimícháním části neupravené vstupní vody.