Jednostki twardości wody. Jak je przeliczać?

Jednostki twardości wody. Co właściwie oznaczają?

Twardość ogólna wody (TH, Total Hardness) określa stężenie rozpuszczonych kationów metali wielowartościowych. W wodach naturalnych ponad 98 do 99% stanowią jony wapnia (Ca²⁺) i magnezu (Mg²⁺). Pozostałą część tworzą między innymi jony żelaza, manganu, strontu i baru.

To właśnie zawartość wapnia i magnezu jest podstawą oznaczania twardości. Laboratoria wodociągowe mogą podawać wynik jako stężenie molowe w mmol/l albo równoważną zawartość węglanu wapnia w mg CaCO₃/l.

Istnieje również podział na twardość węglanową (KH), nazywaną przemijającą, oraz niewęglanową (NKH), określaną jako trwała. Pierwsza związana jest z wodorowęglanami wapnia i magnezu, które podczas ogrzewania mogą ulegać rozkładowi. Przy podgrzewaniu powyżej 60 do 70°C i wrzeniu w 100°C może wytrącać się nierozpuszczalny węglan wapnia, czyli kamień kotłowy. Twardość niewęglanowa wynika natomiast między innymi z obecności siarczanów, chlorków i azotanów wapnia oraz magnezu, które pozostają w roztworze podczas gotowania.

Niezależnie od użytej jednostki wynik twardości ogólnej odnosi się więc do tego samego parametru chemicznego. Różnice pojawiają się dopiero w sposobie jego wyrażania.

Stopnie niemieckie, francuskie i angielskie. Czym się różnią?

Stopnie niemieckie twardość wody opisują za pomocą symbolu °dH, spotykanego również jako dH lub °N. Jeden stopień niemiecki odpowiada równoważnikowi 10 mg tlenku wapnia (CaO) w 1 litrze wody. Po przeliczeniu na węglan wapnia otrzymujemy 17,848 mg CaCO₃/l. W praktyce technicznej stosuje się także zaokrąglenie 17,86 mg/l.

Stopnie francuskie (°fH, °f lub °TH) wykorzystują inną podstawę. Jeden stopień francuski odpowiada 10 mg CaCO₃ w 1 litrze wody, dlatego 1 °fH = 10,000 mg CaCO₃/l. Oznacza to, że 1 °dH odpowiada 1,7848 °fH.

Stopnie angielskie, czyli stopnie Clarka (°e lub °Clark), wywodzą się z historycznego brytyjskiego systemu miar. Jeden stopień oznacza 1 grain węglanu wapnia, czyli 64,79891 mg CaCO₃, przypadający na 1 galon imperialny o objętości 4,54609 litra. W przeliczeniu daje to 14,254 mg CaCO₃/l.

Kolejną jednostką jest gpg (grains per gallon), wykorzystywana w amerykańskim systemie miar. W tym przypadku podstawą jest galon amerykański o objętości 3,785411784 litra. Jeden gpg odpowiada 17,118 mg CaCO₃/l.

Wynik może być również zapisany w jednostkach laboratoryjnych:

• mg CaCO₃/l oznacza równoważną masę węglanu wapnia na litr wody. Dla rozcieńczonych roztworów wodnych 1 ppm odpowiada w kontekście twardości 1 mg CaCO₃/l.
• mmol/l określa łączne stężenie molowe jonów wapnia i magnezu. Jeden mmol/l odpowiada 100,087 mg CaCO₃/l.
• mval/l lub meq/l wyraża stężenie równoważnikowe. Jeden mval/l odpowiada 0,5 mmol/l oraz 50,043 mg CaCO₃/l.

Szczególnie łatwo pomylić °e i gpg. Chociaż obie jednostki historycznie wykorzystują ziarna i galony, nie są to te same wielkości, ponieważ galon brytyjski ma inną objętość niż amerykański.

Jak przeliczać jednostki twardości wody? Tabela przeliczników

Najprostsza metoda polega na pomnożeniu otrzymanego wyniku przez współczynnik odpowiadający jednostce docelowej. Jeżeli wodociągi podają twardość w mg CaCO₃/l, a instrukcja urządzenia wymaga °dH, należy przeliczyć stężenie na stopnie niemieckie.

Poniższa tabela obejmuje najważniejsze jednostki twardości wody i współczynniki pozwalające przechodzić między nimi.

Jak korzystać z tabeli? Najpierw należy odnaleźć jednostkę otrzymanego wyniku w pierwszej kolumnie, a następnie wybrać kolumnę jednostki docelowej. Wskazana wartość jest współczynnikiem mnożenia.

Przeliczanie mg CaCO₃/l na dH

Przy przeliczaniu mg CaCO₃/l na dH można zastosować współczynnik 0,0560. W odwrotnym kierunku wartość w °dH mnożymy przez 17,848.

Przykładowo MPWiK Warszawa podaje następujące odpowiedniki granic zakresu określonego w polskich przepisach:

• 60 mg CaCO₃/l = 3,4 °dH.
• 500 mg CaCO₃/l = 28,0 °dH.

W przypadku mmol/l twardość wody można wyrazić w stopniach niemieckich przez pomnożenie wyniku przez 5,6077. Jeżeli natomiast wynik podano w gpg, stosujemy współczynnik 0,9591.

Do szybkiego wykonania obliczeń można wykorzystać przelicznik twardości wody. Przy porównywaniu wartości trzeba pamiętać, że współczynniki w tabeli są podawane z określoną dokładnością.

Skala twardości wody. Kiedy woda jest miękka, a kiedy twarda?

Sama liczba nie zawsze mówi użytkownikowi, z jaką wodą ma do czynienia. Dlatego przedsiębiorstwa wodociągowe stosują klasyfikacje opisujące wodę jako bardzo miękką, miękką, średnio twardą, twardą lub bardzo twardą.

W Polsce nie obowiązuje jedna prawnie zdefiniowana skala słownych klas twardości wody. Poszczególne przedsiębiorstwa mogą przyjmować odmienne granice. Przykładem jest pięciostopniowa klasyfikacja stosowana przez Wodociągi Miasta Krakowa.

Nie jest to jedyny spotykany podział. Alternatywne klasyfikacje stosowane przez część polskich wodociągów wyznaczają granicę wody miękkiej na 200 mg CaCO₃/l, a bardzo twardej powyżej 500 mg CaCO₃/l. Z tego powodu ten sam wynik może otrzymać różną nazwę zależnie od zastosowanej skali.

Dodatkowo trzeba odróżnić klasę twardości od wymagań dotyczących jakości wody przeznaczonej do spożycia. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z 7 grudnia 2017 r. określało przedział 60 do 500 mg CaCO₃/l. Dolna wartość 60 mg CaCO₃/l jest jednak zalecana ze względów zdrowotnych i nie oznacza obowiązku sztucznej mineralizacji bardziej miękkiej wody.

Przed interpretacją wyniku warto zatem sprawdzić twardość wody w Twoim mieście oraz upewnić się, jaką klasyfikację stosuje lokalne przedsiębiorstwo wodociągowe.

Jaką jednostkę twardości wody podaje zmywarka?

Zmywarki różnych producentów wykorzystują odmienne skale ustawień zmiękczacza. Nie zawsze wpisuje się do nich bezpośrednio wartość twardości. Często trzeba wybrać poziom odpowiadający określonemu przedziałowi °dH, °fH albo mmol/l.

W urządzeniach Bosch, na przykład z serii 4 i 6, stosowane są stopnie niemieckie oraz mmol/l. Dostępne poziomy H:00 do H:07 odpowiadają zakresom od 0 do 6 °dH aż do 31 do 50 °dH. Przy H:00 zmiękczacz jest wyłączony i urządzenie nie pobiera soli. Ustawienie H:04, fabryczne w wielu modelach, odpowiada 13 do 16 °dH.

Electrolux w zmywarkach QuickSelect posługuje się °dH, °fH i mmol/l. Skala obejmuje 10 poziomów. Poziom 1 dotyczy twardości poniżej 4 °dH, natomiast poziom 10 odpowiada 47 do 50 °dH. Fabryczny poziom 5 obejmuje 19 do 22 °dH.

Samsung w wybranych modelach serii DW60 podaje cztery jednostki: °dH, °fH, °Clark oraz mmol/l. Jego sześciostopniowa skala H1 do H6 uwzględnia także zużycie soli regeneracyjnej. Przy H1, czyli 0 do 5 °dH, wynosi ono 0 g na cykl, a przy H6, obejmującym 35 do 55 °dH, 60 g na cykl.

Wybór poziomu powinien więc uwzględniać zarówno rzeczywistą twardość wody, jak i tabelę producenta. Szczegółowe informacje dotyczące konfiguracji opisują ustawienia zmywarki przy twardej wodzie.

Jaką jednostkę twardości wody stosuje ekspres do kawy?

W ekspresach twardość wody może być wyrażona bezpośrednio w °dH lub °fH, ale często wykorzystywane są poziomy ustalane na podstawie testu paskowego.

De'Longhi stosuje czterostopniową skalę opartą na liczbie czerwonych pól paska Total Hardness Test. Poziom 1 oznacza wodę miękką poniżej 5,4 °dH, a poziom 4 wodę bardzo twardą powyżej 16 °dH. Ekspresy tej marki są fabrycznie zaprogramowane na najwyższy poziom 4.

Philips, między innymi w seriach LatteGo 1200, 2200, 3200 i 5400, również wykorzystuje cztery poziomy. Obejmują one wodę miękką poniżej 7 °dH, średnią od 7 do 14 °dH, twardą od 14 do 21 °dH oraz bardzo twardą powyżej 21 °dH. Odczyt paska wykonuje się po 1 minucie, a wybraną twardość można ustawić za pomocą kontrolek mocy aromatu.

Inne rozwiązanie stosuje Jura. W modelach takich jak E8, J8 i Z10 można bezpośrednio ustawić twardość od 1 °dH do 30 °dH, co 1 stopień. W zależności od wersji oprogramowania dostępna jest również skala francuska od 1 do 53 °fH.

Poziom 4 nie oznacza tego samego u wszystkich producentów. De'Longhi klasyfikuje w ten sposób wodę powyżej 16 °dH, a Philips wodę powyżej 21 °dH. Dlatego podczas konfiguracji ekspresu należy kierować się skalą przewidzianą dla konkretnego urządzenia.