Tuesday, 9 July 2024

เข้าใจเกี่ยวกับ Water hardness ความกระด้างของน้ำ

Water hardness คือ

Water hardness คือความกระด้างของน้ำเป็นคำที่ใช้อธิบายความเข้มข้นของแร่ธาตุที่ละลายในน้ำ ซึ่งมีแคลเซียมและแมกนีเซียมที่ละลายอยู่ในน้ำนั้นประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของสิ่งที่เรียกว่าความกระด้างของน้ำ

โดยที่เรียกว่า Ca2+ ความกระด้างของที่มาจากแคลเซียม ส่วนที่เรียกว่า Mg2+ ความกระด้างของแมกนีเซียม และผลรวมของทั้งสองเรียกว่าความกระด้างรวม (Total Hardness) โดยหลักๆ คือแคลเซียมและแมกนีเซียม

ความกระด้างของน้ำเป็นอันตรายต่อหม้อไอน้ำเนื่องจากการสะสมของเกลือเกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำลดลง น้ำกระด้างสามารถดื่มได้อย่างปลอดภัย แต่การใช้เป็นเวลานานอาจทำให้เกิดปัญหาต่างๆ ได้ เช่น:

  • รอยด่างบริเวณผิวหนัง
  • เครื่องใช้ไฟฟ้าน้ำทำงานหนักขึ้นส่งผลให้ค่าน้ำสูงขึ้น
  • มีจุดปรากฏบนเสื้อผ้าและผ้าปูที่นอน

ระดับความเข้มข้นของ Water hardness

ระดับความเข้มข้นวัดจากปริมาณของแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) ในน้ำ โดยทั่วไปหน่วยวัดจะเป็นส่วนในล้านส่วน (ppm) หรือมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ลิตร) แต่ยังมีอีกหลายหน่วยวัดได้แก่เกรนต่อแกลลอน (gpg) ซึ่งเป็นหน่วยวัดที่นิยมในสหรัฐอเมริกา และ องศาฝรั่งเศส (สัญลักษณ์ °fH หรือ °f) องศาเยอรมัน (สัญลักษณ์ °dH)

การจำแนกประเภทของความกระด้างของน้ำ

  • น้ำอ่อน: 0-60 มก./ลิตร (0-3.5 gpg)
  • น้ำกระด้างปานกลาง: 61-120 มก./ลิตร (3.6-7 gpg)
  • น้ำกระด้าง: 121-180 มก./ลิตร (7.1-10.5 gpg)
  • น้ำกระด้างมาก: มากกว่า 180 มก./ลิตร (มากกว่า 10.5 gpg)

ปัญหาของน้ำกระด้าง:

  • ทำให้ผมแข็ง
  • ทำให้น้ำดื่มมีรสชาติเฉพาะตัว (ไม่น่าพอใจสำหรับคนส่วนใหญ่)
  • ก่อให้เกิดการตกตะกอนหรืออุดตันท่อน้ำและอุปกรณ์ต่างๆ เช่นเครื่องทำความร้อน เตารีด และการตกตะกอนนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อน้ำอุ่นขึ้น
  • ประจุบวกของความแข็งทำให้มันจับกับฟอสเฟตซึ่งเป็นประจุลบอย่างแรง เนื่องจากการออกฤทธิ์ของผงซักฟอกส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับฟอสเฟตหรือสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบอื่นๆ ความกระด้างจึงลดประสิทธิภาพลง
  • น้ำกระด้างยังเป็นปัญหาสำหรับอุปกรณ์กรองน้ำรีเวิร์สออสโมซิส ทำให้ใส้กรองอุดตันอย่างรวดเร็ว

ผลกระทบของ Water hardness

น้ำกระด้าง (Water hardness) อุดมไปด้วยแร่ธาตุที่ละลายอยู่ โดยเฉพาะแคลเซียมและแมกนีเซียม คุณอาจเคยรู้สึกถึงผลกระทบของน้ำกระด้างมาแล้วในชีวิต รู้สึกราวกับว่ามีชั้นของสารตกค้างเหลืออยู่บนมือหรือผิวหนังและเส้นผมที่แห้ง

สบู่ในน้ำกระด้างทำปฏิกิริยากับแคลเซียม (ซึ่งมีปริมาณแคลเซียมค่อนข้างสูงในน้ำกระด้าง) ให้เกิดฟอง เมื่อใช้น้ำกระด้าง จำเป็นต้องใช้สบู่หรือผงซักฟอกเพิ่มเติมเพื่อทำความสะอาดทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็นมือ ผม หรือเสื้อผ้า

นอกจากนี้เวลาล้างจานและแก้ว คุณสังเกตเห็นจุดหรือคราบขาวบนก๊อกน้ำหรือฝักบัวหรือไม่ ซึ่งเกิดจากการสะสมของน้ำกระด้าง ซึ่งไม่เป็นอันตราย แต่ไม่น่าดูหรืออาจอุดตันท่อได้ ผู้ใช้น้ำเพื่อการอุตสาหกรรมประสบปัญหาร้ายแรงเมื่ออุปกรณ์หรือท่อส่งน้ำเกิดการเปรอะเปื้อนอย่างหนัก

เมื่อน้ำร้อนที่กระด้าง ผลเกิดผลเสียจะทวีคูณเช่นในเครื่องทำน้ำอุ่นในครัวเรือนหรือในโรงงานอุตสาหกรรม การสะสมของแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถก่อตัวได้เร็วขึ้น

สามารถทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์อุตสาหกรรมและหม้อไอน้ำสั้นลง เพิ่มต้นทุนการทำน้ำร้อน ลดประสิทธิภาพของเครื่องทำน้ำอุ่นไฟฟ้า และทำให้เกิดการอุดตันในท่อ

การสะสมของแร่ธาตุจะเกิดขึ้นในหม้อกาแฟของร้านอาหารด้วย ซึ่งเป็นสาเหตุที่บางครั้งต้องใส่น้ำส้มสายชู (กรด) ลงในหม้อกาแฟเพื่อกำจัดคราบตะกรัน

การวัด

Hardness หรือความกระด้างนั้นสามารถวัดปริมาณได้โดยการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ Total Hardness คือผลรวมของความเข้มข้นทางโมลของ Ca2+ และ Mg2+ ในหน่วยโมล/ลิตรหรือมิลลิโมล/ลิตร

แม้ว่าเรามักจะนิยมวัด Water hardness เฉพาะความเข้มข้นรวมของแคลเซียมและแมกนีเซียม (ไอออนโลหะไดวาเลนต์สองชนิดที่แพร่หลายมากที่สุด) แต่เหล็ก อะลูมิเนียม และแมงกานีสก็มีอยู่ในระดับสูงในบางพื้นที่เช่นกัน การมีอยู่ของเหล็กมีลักษณะพิเศษทำให้กลายเป็นปูนกลายเป็นสีน้ำตาล (คล้ายสนิม) แทนที่จะเป็นสีขาว (สีของสารประกอบอื่นๆ ส่วนใหญ่)

ความกระด้างของน้ำมักไม่ได้แสดงเป็นความเข้มข้นของโมลาร์ แต่จะแสดงเป็นหน่วยต่างๆ เช่น องศาความกระด้างทั่วไป (dGH) องศาเยอรมัน (°dH) ส่วนในล้านส่วน (ppm มก./ลิตร) เกรนต่อแกลลอน (gpg), องศาภาษาอังกฤษ (°e, e หรือ °คลาร์ก) หรือองศาฝรั่งเศส (°fH, °f หรือ °HF; f ) ใช้ f ตัวพิมพ์เล็กใช้เพื่อป้องกันความสับสนกับองศาฟาเรนไฮต์) ตารางด้านล่างแสดงการแปลงระหว่างหน่วยต่างๆ

การเปลี่ยนหน่วย1 mmol/Lmg/L1 dGH, °dH1 gpg1 °e, °Clark1 °fH
mmol/L10.0099910.17830.1710.14240.09991
ppm, mg/L100.1117.8517.1214.2510
dGH, °dH5.6080.0560310.95910.79860.5603
gpg5.8470.058421.04310.83270.5842
°e, °Clark7.0220.070161.2521.20110.7016
°fH10.010.11.7851.7121.4251

แต่หน่วย SI International Standard คือมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ลิตร)

 

ภาพตัวอย่างเครื่องวัดความกระด้าง

ประเภทของความกระด้างของน้ำแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ

กระด้างชั่วคราวของน้ำ (Temporary Hardness)

การมีแมกนีเซียมและแคลเซียมคาร์บอเนตอยู่ในน้ำจะทำให้น้ำแข็งตัวชั่วคราว ในกรณีนี้ความกระด้างของน้ำสามารถขจัดออกได้โดยการต้มน้ำ

เมื่อเราต้มน้ำ เกลือที่ละลายได้ของ Mg(HCO3)2 จะถูกแปลงเป็น Mg(OH)2 ซึ่งไม่ละลายน้ำ จึงตกตะกอนและถูกกำจัดออกไป หลังจากกรองแล้วน้ำที่เราได้มาจะเป็นน้ำอ่อน

กระด้างถาวรของน้ำ (Permanent Hardness)

เมื่อมีเกลือที่ละลายน้ำได้ของแมกนีเซียมและแคลเซียมอยู่ในรูปของคลอไรด์และซัลไฟด์ในน้ำ เราเรียกมันว่าความกระด้างถาวร เนื่องจากไม่สามารถขจัดความกระด้างนี้ได้โดยการต้ม

เราสามารถขจัดความกระด้างนี้ได้โดยการบำบัดน้ำด้วยโซดาซักผ้า คาร์บอเนตที่ไม่ละลายน้ำเกิดขึ้นเมื่อโซดาล้างทำปฏิกิริยากับเกลือซัลไฟด์และคลอไรด์ของแมกนีเซียมและแคลเซียม ดังนั้นน้ำกระด้างจึงถูกเปลี่ยนเป็นน้ำอ่อน