
سختی آب، معیار سنتی سنجش ظرفیت آب برای واکنش با صابون است؛ آب سخت برای تولید کف به مقدار قابل توجهی صابون بیشتری نیاز دارد. آب سخت اغلب رسوب قابل توجهی (مانند فلزات نامحلول، صابونها یا نمکها) در ظروف، از جمله «حلقه وان حمام» ایجاد میکند. این پدیده ناشی از یک ماده واحد نیست، بلکه ناشی از انواع یونهای فلزی چند ظرفیتی حل شده، عمدتاً کاتیونهای کلسیم و منیزیم است، اگرچه کاتیونهای دیگر (مانند آلومینیوم، باریم، آهن، منگنز، استرانسیم و روی) نیز در آن نقش دارند.
سختی معمولاً به صورت میلیگرم کربنات کلسیم معادل در لیتر بیان میشود. آبی که حاوی کربنات کلسیم با غلظت کمتر از ۶۰ میلیگرم در لیتر باشد، عموماً به عنوان آب نرم در نظر گرفته میشود؛ ۶۰ تا ۱۲۰ میلیگرم در لیتر، سختی متوسط؛ ۱۲۰ تا ۱۸۰ میلیگرم در لیتر، سخت؛ و بیش از ۱۸۰ میلیگرم در لیتر، بسیار سخت. اگرچه سختی ناشی از کاتیونها است، اما میتوان آن را از نظر سختی کربناتی (موقت) و غیرکربناتی (دائم) نیز مورد بحث قرار داد.
سختی آب آشامیدنی چیست؟
هنگام توضیح سختی آب برای عموم، گاهی اوقات گفتن اینکه سختی آب چه چیزی نیست آسانتر از بیان تعریف دقیق آن است. وجود سختی در آب مضر یا سمی نیست و به معنای وجود سطوح بالای سرب، آرسنیک یا سایر مواد معدنی خطرناک در آن نیست. همچنین به این معنی نیست که رسوب، لولهکشی شما را مسدود خواهد کرد. سختی کل آب معمولاً به صورت معادل غلظت کربنات کلسیم در آب بر حسب میلیگرم در لیتر (mg CaCO3/L) یا “گرین در گالن” (gpg) گزارش میشود. (توجه: ۱ گرین در گالن برابر با ۱۷.۱۲ میلیگرم CaCO3/L است). تنها مشکل این است که با این بیان، برخی افراد تصور میکنند که سختی فقط مقدار کربنات کلسیم در آب است. کربنات کلسیم از یک کاتیون (Ca++) (بار مثبت ۲) و یک آنیون (CO3–) (بار منفی ۲) تشکیل شده است. سختی آب مربوط به غلظت کاتیون است و نه آنیون، و فقط “کلسیم” نیست.
منبع اصلی سختی در بیشتر آبهای آشامیدنی از منابع طبیعی است. آب یک حلال خوب است و به راحتی ناخالصیها را جذب میکند. آب خالص – بیمزه، بیرنگ و بیبو – اغلب حلال جهانی نامیده میشود (در واقع کاملاً درست نیست، اما بسیاری از مواد را حل میکند). هنگامی که آب با دیاکسید کربن موجود در جو ما ترکیب میشود، یک اسید کربنیک بسیار ضعیف تشکیل میدهد که حلال بهتری است. هنگامی که این آب از خاک و سنگ عبور میکند، مقادیر بسیار کمی از مواد معدنی را حل کرده و آنها را در محلول نگه میدارد. به طور معمول، کلسیم و منیزیم حل شده در آب، آب را “سخت” میکنند. با افزایش مقدار کاتیونهای دو ظرفیتی یا چند ظرفیتی حل شده در آب، درجه سختی بیشتر میشود. برای اطلاعات بسیار کاملتر به مقاله چگونه سختی آب را بگیریم مراجعه کنید.
میزان سختی آب آشامیدنی چقدر باید باشد؟
اگرچه ثابت شده است که سختی آب تأثیر منفی بر لولهها، کاشیها و سایر وسایل خانگی دارد و همچنین باعث خشکی پوست و مو میشود، اما ثابت نشده است که به سلامتی آسیب برساند. در واقع، مقادیر بالای کلسیم و منیزیم حتی ممکن است تأثیر مثبتی بر سلامتی داشته باشد.
با این حال، اکیداً توصیه میشود که همه چیز به اعتدال رعایت شود و هم آب نرم و هم آب سخت مزایا و معایب خاص خود را دارند. از یک سو، وجود مقدار بسیار کم مواد معدنی در آب ممکن است به کمبود مواد معدنی کمک کند، در حالی که مقدار زیاد آن ممکن است منجر به مصرف بیش از حد شود، اگرچه چنین مواردی در افراد سالم بسیار نادر است.
قاعده کلی این است که آب تمیز بنوشیم، به طوری که سختی آن جایی در وسط آب نرم و سخت، یعنی ۶۰ تا ۱۲۰ میلیگرم در لیتر باشد. برخی نیز توصیه میکنند که از ۱۷۰ میلیگرم در لیتر، که نشان دهنده سطوح بسیار بالای کلسیم و منیزیم است، فراتر نروند.
سطوح سختی بین ۸۰ تا ۱۰۰ میلیگرم در لیتر (بر حسب کربنات کلسیم) عموماً به عنوان تعادل قابل قبول بین خوردگی و رسوب در نظر گرفته میشوند. آبهایی با سطوح سختی بیش از ۲۰۰ میلیگرم در لیتر نامطلوب تلقی میشوند، اما توسط مصرفکنندگان تحمل شدهاند.
به گفته مقامات بهداشتی، هیچ استاندارد خاصی برای سختی آب آشامیدنی به طور مستقیم وجود ندارد، اما استانداردهای ثانویه مرتبط با آب آشامیدنی ممکن است شامل موارد زیر باشد:
- کل مواد جامد محلول (TDS)
- پتانسیل خوردگی یا تشکیل رسوب
- وجود بیش از حد برخی از فلزات مانند آهن و منگنز
در مورد طبقهبندی سختی آب، دستهبندیهای مختلفی وجود دارد که در زیر به آنها اشاره میشود. توجه داشته باشید که این دستهبندیها بیشتر جنبهی راهنمایی دارند و استاندارد رسمی و الزام آوری نیستند.
جدول سطوح کل سختی (بر حسب میلیگرم کربنات کلسیم در لیتر):
سطح سختی | محدوده (میلیگرم کربنات کلسیم در لیتر) |
نرم | ۰ تا ۱۷.۱ |
کمی سخت | بیشتر از ۱۷.۱ تا ۶۰ |
سختی متوسط | بیشتر از ۶۰ تا ۱۲۰ |
سخت | بیشتر از ۱۲۰ تا ۱۸۰ |
خیلی سخت | بیشتر از ۱۸۰ |
همچنین جدول سختی آبها براساس نوع آنها به شرح زیر است:
نوع آب | میزان ppm |
---|---|
آب آشامیدنی | 30 تا 90 |
آب تصفیه خانگی | 30 تا 90 |
آب معدنی | کمتر از 120 |
آب جوشیده | بین 20 تا 120 |
شاخصهای مهم آب آشامیدنی سالم و استاندارد
آب آشامیدنی سالم و باکیفیت باید دارای ویژگیها و استانداردهای مشخصی باشد که بر اساس آن، سلامت مصرفکنندگان تضمین شود. این شاخصها شامل سختی آب، میزان pH، غلظت یونهای مفید و مضر، طعم، بو، نبود آلودگی میکروبی و سایر عوامل شیمیایی و فیزیکی است. یکی از مهمترین پارامترهایی که برای ارزیابی کیفیت آب آشامیدنی استفاده میشود، میزان TDS یا مجموع کل املاح محلول در آب است.
TDS چیست و چرا اهمیت دارد؟
TDS (Total Dissolved Solids) نشاندهنده میزان کل املاح موجود در آب است. آب مقطر که فاقد املاح است، دارای TDS برابر صفر است. هرچه مقدار TDS آب افزایش یابد، غلظت املاح آن بیشتر شده و اصطلاحاً آب سختتر میشود. سختی زیاد آب میتواند اثرات منفی بر سلامت انسان و تجهیزات داشته باشد.
استانداردهای جهانی TDS آب آشامیدنی
بر اساس اعلام سازمان بهداشت جهانی (WHO)، حداکثر مجاز TDS برای آب آشامیدنی 1000 میلیگرم در لیتر است. بااینحال، آب مطلوب برای مصرف انسان، بسته به مطالعات و شرایط مختلف، TDS پایینتری دارد. اغلب استانداردها و تحقیقات علمی به این نکته تأکید دارند که آب آشامیدنی با TDS کمتر از 500 مناسبتر و سالمتر است.
- حداقل مقدار TDS مطلوب: 50 میلیگرم در لیتر
- حداکثر مقدار TDS مطلوب: 150 میلیگرم در لیتر
- آب با TDS بالای 170 معمولاً باعث ایجاد رسوبات در تجهیزات و لولهها میشود.
تفاوت بین آب استاندارد و آب مطلوب
مفهوم آب استاندارد با آب مطلوب متفاوت است. به عنوان مثال، استاندارد جهانی برای pH آب آشامیدنی بین 6.5 تا 9 است، اما مقدار پیشنهادی و مطلوب برای بدن انسان در محدوده 7.5 تا 8.5 قرار دارد. این تفاوت به دلیل نیازهای خاص بدن انسان و محدودیتهای علمی در تعیین استانداردهای دقیق برای آب مطلوب است.
یکی از بهترین معیارها برای ارزیابی کیفیت آب، بررسی ترکیبات آب چشمههای طبیعی است. تحقیقات نشان داده است که TDS آب چشمههای طبیعی معمولاً در بازه 80 تا 150 میلیگرم در لیتر قرار دارد، بهاستثنای برخی چشمههای معدنی خاص. این مقدار از TDS نشاندهنده تعادل مناسب بین املاح مفید و عدم وجود مواد مضر است.
سختی چگونه به یک مشکل تبدیل میشود؟
سختی در صورتی که خیلی کم یا خیلی زیاد باشد، میتواند مشکل بالقوه ایجاد کند. اگر سختی آب خیلی کم باشد، مانند کمتر از ۵۰ میلیگرم در لیتر، آب ممکن است برای لولههای فلزی، اتصالات و لوازم خانگی خورنده باشد. اگر سختی زیاد باشد، ممکن است کاتیونهای چند ظرفیتی با کربناتهای موجود در آب واکنش داده و رسوبات شیمیایی یا “کف صابون” تولید کنند.
مقدار مواد معدنی سختی در آب بر مقدار صابون و مواد شوینده لازم برای تمیز کردن تأثیر میگذارد. صابون مورد استفاده در آب سخت با مواد معدنی ترکیب شده و یک لایه چسبناک از صابون تشکیل میدهد. برخی از مواد شوینده مصنوعی در آب سخت کارایی کمتری دارند زیرا ماده فعال تا حدی توسط سختی غیرفعال میشود، حتی اگر حل شده باقی بماند. حمام کردن با صابون در آب سخت میتواند لایهای روی پوست باقی بگذارد که ممکن است از حذف “گرد و غبار”، سلولهای مرده پوست، چربیها و باکتریها جلوگیری کند یا مانع آن شود. این لایه همچنین میتواند از بازگشت پوست به یک وضعیت اسیدی کمی معمولیتر، یعنی pH ۴ تا حدود ۶.۵، جلوگیری کند و در نتیجه منجر به تحریک یا احتمالاً اگزما شود. این لایه همچنین میتواند موها را کدر، بیروح، دشوار در حالت دادن و حتی کثیف نشان دهد.
هنگام شستشوی لباس در آب سخت، لایههای صابون در حین شستشو در پارچه قرار میگیرند و باعث سفت و زبر شدن پارچه میشوند. حذف ناقص کثیفی از لباسها باعث خاکستری شدن پارچههای سفید و از بین رفتن درخشندگی رنگها میشود. به دلیل تمیز کردن ناقص، لباسها ممکن است بوی ترشیدگی بگیرند و شستشوی مداوم در آب سخت میتواند عمر لباسها را کوتاه کند. لایههای صابون میتوانند روی ظروف، وان حمام و دوش و تمام اتصالات آب رسوب کنند و به ایجاد مزاحمت کمک کنند.
خطرات احتمالی سختی آب برای سلامتی چیست؟
آب سخت برای سلامتی مضر نیست. آکادمی ملی علوم اظهار میدارد که نوشیدن آب سخت به تأمین نیاز بدن به کلسیم و منیزیم کمک میکند. محققان، سختی آب و مرگ و میر ناشی از بیماریهای قلبی عروقی را مورد مطالعه قرار دادهاند. این مطالعات از نوع “مطالعات اپیدمیولوژیک” بودهاند که به بررسی روابط آماری میپردازند. در حالی که برخی از مطالعات، ارتباطی بین آب سخت و کاهش مرگ و میر ناشی از بیماریهای قلبی عروقی را نشان میدهند، مطالعات دیگر چنین ارتباطی را تأیید نمیکنند. شورای تحقیقات ملی اظهار میدارد که نتایج در حال حاضر قطعی نیستند و توصیه میکند که مطالعات بیشتری انجام شود.
بر اساس گزارش معتبر در این زمینه در ( pmc.ncbi.nlm.nih.gov):
“تأثیر سختی آب بر تشکیل سنگهای ادراری، علیرغم ارتباط ضعیف بین سختی آب و دفع کلسیم، منیزیم و سیترات از طریق ادرار، هنوز مشخص نیست. چندین مطالعه نشان دادهاند که هیچ ارتباطی بین سختی آب و بروز سنگهای ادراری وجود ندارد.”
“اگرچه شواهدی از مطالعات اپیدمیولوژیک مبنی بر تأثیر محافظتی منیزیم یا سختی آب بر مرگ و میر ناشی از بیماریهای قلبی عروقی وجود دارد، اما این شواهد مورد بحث است و رابطه علّی را ثابت نمیکند.”
درماتیت آتوپیک (یا اگزما) یک اختلال پوستی التهابی، مزمن، عودکننده، غیرواگیر و خارشدار است. محیط نقش مهمی در علت اگزما آتوپیک دارد، اما علل خاص آن ناشناخته است. تصور میشود قرار گرفتن در معرض آب سخت، یک عامل خطر برای اگزما باشد.
تجربه حرفهای کارشناسان این حوزه این است که وجود مقداری سختی در آب، تا زمانی که کاتیونهای تشکیلدهنده سختی بالاتر از استاندارد آب آشامیدنی نباشند، آب مشکل ایجاد نکند یا باعث خرابی زودرس سیستم یا دستگاه تبادل حرارت نشود ، خوب است. به طور کلی، افراد تا زمانی که غلظت سختی معمولاً از ۱۶۰ تا ۱۸۰ میلیگرم کربنات کلسیم در لیتر بیشتر نشود، مشکلات ظاهری با آب خود را گزارش نمیکنند.
چگونه آب سخت را برای آشامیدن ایمن کنیم؟
یکی از هشدارهای مربوط به آب سخت این است که آنها اغلب از چاهها تأمین میشوند و احتمالاً علاوه بر مواد معدنی، حاوی فلزات نیز هستند. اگرچه مصرف مواد معدنی بیخطر است، اما فلزات و سایر مواد بیخطر نیستند.
به این ترتیب، بهترین راه برای محافظت از سلامت خود هنگام نوشیدن آب سخت، اطمینان از فیلتر شدن کامل آن و حذف هرگونه مواد شیمیایی، آفت و فلزات مضر است و فقط مواد معدنی را که میتوانند فواید مثبتی برای سلامتی داشته باشند، باقی میگذارد.
با این حال، بسیاری ترجیح میدهند آب سخت ننوشند، نه به این دلیل که خطری برای سلامتی دارند، بلکه به این دلیل که طعم فلزی و بوی گوگرد دارند. در چنین مواردی، توصیه میشود که یک نرمکننده آب نصب شود تا سطح کلسیم و منیزیم در آب کاهش یابد تا برای نوشیدن لذتبخشتر، بیطعم و بیبو شود.
چگونه آب آشامیدنی ایدهآل داشته باشیم؟
برای آنکه بتوانید یک آب ایده آل و نرم شده داشته باشید شما به یک سیستم سختی گیر آب نیاز خواهید داشت تا سطح بالای کلسیم و منیزیم در آب خود را کاهش دهید. وقتی صحبت از سختی گیرها آب میشود، ۲ نوع اصلی وجود دارد که میتوانید از بین آنها انتخاب کنید. یکی از آنها از نمک، کلرید سدیم استفاده میکند و یونهای کلسیم و منیزیم را با یونهای سدیم جایگزین میکند که به آن سختی گیر رزینی گفته میشود. در همین حال، دیگری از پتاسیم برای خنثی کردن یا تصفیه آب استفاده میکند.
در حالی که استفاده از نمک رایجترین روش برای نرم کردن آب است، مقدار زیادی آب در طی فرآیند تبادل یونی از بین میرود. ناگفته نماند که سطوح بالایی از کلرید سدیم را باقی میگذارد که ممکن است برای برخی از افراد با محدودیتهای غذایی خاص مضر باشد. به همین دلایل، بسیاری سیستم نرمکننده آب بدون نمک را انتخاب میکنند.
چنین سیستمهایی شامل استفاده از نرمکنندههای آب است که وقتی روی آب سخت اعمال میشوند، مواد معدنی را متبلور میکنند و حذف آنها را آسان میکنند.
آبهای طبیعی و تصفیه شده دارای طیف وسیعی از مواد معدنی هستند، از سطوح بسیار پایین در آب باران و آبهای نرم طبیعی و نرم شده گرفته تا سطوح متوسط و بسیار بالا در آبهای سخت طبیعی و آبهایی با محتوای بالای کل مواد جامد محلول. آبهای بطری شده و بستهبندی شده میتوانند به طور طبیعی حاوی مواد معدنی، نرم طبیعی یا بدون مواد معدنی باشند.
بنابراین، مصرف مواد معدنی از آب آشامیدنی و آب مورد استفاده در پخت و پز، بسته به موقعیت، تصفیه و منبع آب، بسیار متفاوت خواهد بود.
چگونه سختی آب را تشخیص دهیم؟
اگر از شیر آب مینوشید و از آب خود برای تمیز کردن خانه، حمام و استفاده در وسایل خود استفاده میکنید، احتمالاً از خود میپرسید که چگونه بفهمید آب نرم دارید یا سخت. برای تعیین این موضوع، میتوانید کیت تست خریداری کنید، آب خود را برای آزمایش به آزمایشگاه بفرستید یا به سادگی آب خود را مشاهده کنید یا یک آزمایش سریع صابون در خانه انجام دهید.
کیت تست
کیتهای تستی وجود دارند که به شما امکان اندازهگیری سختی آب را میدهند. به عنوان مثال، یک آزمایش شیمیایی معدنی (کیت C) را میتوان از آزمایشگاهها خریداری کرد و در خانه استفاده کرد. گزینه دیگر این است که مقداری آب را در بطری بریزید و آن را برای آزمایش سختی به یک آزمایشگاه معتبر آب آشامیدنی بفرستید.
مشاهده
حتی بدون استفاده از کیتهای تست، میتوان بسته به حس، بو و نحوه استفاده از آب، تشخیص داد که آب سخت است یا نرم. برخلاف آب نرم که بیبو است و هیچ اثری از خود باقی نمیگذارد، آب سخت بوی گوگرد میدهد و طعم فلزی دارد. همچنین هنگام خشک شدن، اثری از خود به جا میگذارد که به راحتی میتوان آن را به صورت تغییر رنگ یا لکه روی سطوح مشاهده کرد.
آزمایش صابون
روش آسان دیگر برای بررسی اینکه آیا آب سخت در خانه دارید یا خیر، اضافه کردن صابون به آب است. اگر صابون را به آب اضافه کنید و آنها را به شدت مخلوط کنید، ممکن است کف و حباب زیادی ایجاد شود یا آب کدر شود. از آنجایی که صابون با آب سخت واکنش خوبی نشان نمیدهد، وجود حباب زیاد در محلول شما به این معنی است که شما آب نرم دارید، در حالی که عدم وجود حباب به این معنی است که شما آب سخت دارید. به همین دلیل که آب سخت، کارایی صابونها را کاهش میدهد، استفاده از آب سخت برای تمیز کردن، حمام کردن و سایر موارد مشابه توصیه نمیشود.
نتیجه گیری درباره سختی آب آشامیدنی و میزان استاندارد آن
درجه سختی آب آشامیدنی برای پذیرش ظاهری توسط مصرفکنندگان و ملاحظات اقتصادی و عملیاتی مهم است. بسیاری از آبهای سخت به همین دلایل با استفاده از چندین فناوری مناسب، نرم میشوند و ترکیب مواد معدنی به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار میگیرد. انتخاب مناسبترین فناوری تصفیه به شرایط محلی (به عنوان مثال، مسائل مربوط به کیفیت آب، جنس لولهها، خوردگی) بستگی دارد. برخی از نرمسازی در تصفیهخانه مرکزی و برخی دیگر در خانههای شخصی به عنوان ترجیح مصرفکننده انجام میشود.
تغییر غلظت کلسیم و منیزیم در آب آشامیدنی به دلایل بهداشتی باید با الزامات فنی برای تأمین آب مناسب برای توزیع مطابقت داشته باشد و نباید ضدعفونی را به خطر بیندازد. بر اساس شرایط محلی و کمبودهای رایج، تأمینکنندگان آب و مقامات بهداشت عمومی ممکن است بخواهند ترکیب آب آشامیدنی را با توجه به تغذیه کلی مواد معدنی بیشتر تغییر دهند.
مصرفکنندگان باید از ترکیب مواد معدنی آب خود، چه تغییر یافته باشد و چه نباشد، مطلع شوند. سهم مواد معدنی آب آشامیدنی در تغذیه مواد معدنی باید در مواردی که تغییراتی در تأمین آب پیشنهاد میشود یا در مواردی که منابع کمتر سنتی، مانند آب بازیافتی، آب دریا یا آب لبشور، برای آب آشامیدنی فرآوری و بهرهبرداری میشوند، در نظر گرفته شود. همه این تکنیکها مستلزم آن است که آب قبل از توزیع تثبیت شود و افزودن آهک یک روش رایج و کمهزینه است.
آب آشامیدنی ممکن است منبعی از کلسیم و منیزیم در رژیم غذایی باشد و میتواند برای کسانی که مصرف کلسیم و منیزیم آنها کم است، مهم باشد. در مواردی که منابع آب آشامیدنی با آب بدون مواد معدنی که نیاز به تصفیه دارد، تکمیل یا جایگزین میشوند، باید به افزودن نمکهای کلسیم و منیزیم برای دستیابی به غلظتهایی مشابه آنچه که جمعیت از منبع اصلی دریافت میکردند، توجه شود. از آنجا که نرم کردن با آهک معمولاً انجام میشود، افزودن کلسیم و گاهی اوقات منیزیم به دلایل فنی یک عمل رایج است و در واقع کلسیم و اغلب منیزیم را نیز اضافه میکند که ممکن است برای مصرف رژیم غذایی مفید باشد. آب نرم طبیعی نیز اغلب برای کنترل خوردگی نیاز به تثبیت دارد و تصفیه مشابه با مواد معدنی نیز باید در نظر گرفته شود.
اگرچه شواهدی از مطالعات اپیدمیولوژیک مبنی بر تأثیر محافظتی منیزیم یا سختی بر مرگ و میر ناشی از بیماریهای قلبی عروقی وجود دارد، اما این شواهد مورد بحث است و رابطه علّی را ثابت نمیکند. مطالعات بیشتری در حال انجام است. در حال حاضر دادههای کافی برای پیشنهاد حداقل یا حداکثر غلظت مواد معدنی وجود ندارد و بنابراین هیچ مقدار راهنمایی پیشنهاد نمیشود.