Bạn đã bao giờ nghe qua thuật ngữ nước cứng và có từng thắc mắc điều gì quyết định độ cứng của nước liệu nó có an toàn cho sức khỏe khi uống nó không? Nước là chất lỏng trong suốt, không màu, không mùi có chứa khoáng chất, hóa chất, kim loại độ cứng của nước được tạo nên từ một số khoáng chất.

Hãy đọc bài viết dưới đây để hiểu thêm về nước cứng là gì?

Nước cứng là gì và cách nhận biết của nó ra sao

Các hệ thống sử dụng nguồn nước ngầm có liên quan đến độ cứng của nước vì khi di chuyển qua đất đá nước sẽ hòa tan một lượng nhỏ khoáng chất trong tự nhiên. Khi đó nước sẽ chứa một lượng lớn khoáng chất ở dạng ion, đặc biệt là các kim loại canxi và magiê, nó gây kết tủa xuất hiện vấn đề trong các mạch dẫn hoặc lưu trữ nước như đường ống. Nước cứng có thể được phân biệt với các loại nước khác bởi vị kim loại, khô và cảm giác khô mà nó để lại trên da. Nó cũng có thể phản ứng với các chất khác trong dung dịch, chẳng hạn như xà phòng và tạo thành chất kết tủa gọi là “váng”. Có hai loại nước cứng được xác định là tạm thời và vĩnh viễn.

Nước cứng tạm thời

Nước cứng tạm thời là nước  có thành phần chủ yếu là các ion canxi (Ca^2 + ) và bicacbonat (HCO₃ ^– ). Quá trình gia nhiệt làm cho ion bicacbonat trong nước cứng tạm thời bị phân hủy thành ion cacbonat (CO₃ ^2- ), cacbon dioxit (CO₂ ) và nước (H₂O). Ion cacbonat thu được (CO₃ ^2 – ) sau đó có thể phản ứng với các ion khác trong dung dịch để tạo thành các hợp chất không hòa tan, chẳng hạn như CaCO₃ và MgCO₃. Dưới tác dụng nhiệt nước đun sôi gây ra sự tích tụ khoáng chất bám vào đáy, thành thiết bị được gọi là “cặn nồi hơi”.

Việc tăng nhiệt độ của nước là sự phân hủy của ion bicacbonat, biểu thị sự thay đổi trong phương trình cân bằng, nhiệt độ cao làm cân bằng chuyển dịch sang trái, làm kết tủa các chất ban đầu. Sự dịch chuyển này là nguyên nhân gây ra cặn trắng quan sát được trong các bình đun sôi được mô tả ở trên, cũng như cặn khoáng tích tụ bên trong đường ống dẫn nước, dẫn đến hoạt động kém hiệu quả và thậm chí gây nổ do quá nóng. CaCO ₃ hoặc cặn khác không hòa tan hoàn toàn trở lại vào nước khi được làm lạnh vì nó tương đối không hòa tan, thể hiện qua hằng số hòa tan nhỏ của nó.

Vì lý do này, loại nước cứng này là “tạm thời” vì đun sôi có thể loại bỏ độ cứng bằng cách thay thế các ion vi phạm khỏi dung dịch.

Nước cứng vĩnh viễn

Nước cứng vĩnh cửu bao gồm nồng độ cao các anion, như anion sulfat (SO ₄ ^2-), nó được gọi là “vĩnh viễn” vì không thể loại bỏ độ cứng chỉ bằng cách đun sôi nước và do đó làm kết tủa các ion khoáng. Tuy nhiên, cái tên này gây hiểu lầm vì nước cứng “vĩnh cửu” có thể được làm mềm bằng các cách khác. Cặn do nước cứng vĩnh cửu gây ra có những tác động bất lợi tương tự như tác động của nước cứng tạm thời, chẳng hạn như cản trở dòng nước chảy trong đường ống.

Nước cứng vĩnh viễn cũng là nguyên nhân gây ra cặn bồn tắm hoặc cặn xà phòng, nhìn thấy sau khi tắm vòi sen hoặc tắm bồn. Phản ứng của các cation canxi, magie với xà phòng  trong trường hợp này là stearate (C₁₈ H ₃₅ O ₂ ^2 – ), để tạo thành hợp chất magie stearat không hòa tan, là nguyên nhân tạo ra váng xà phòng khét tiếng.

Những ảnh hưởng đến cơ thể, đời sống

Mặc dù mùi vị của nước cứng có thể khó chịu đối với một số người, nhưng nó có nhiều lợi ích cho sức khỏe khi so sánh với nước mềm. Hai trong số các khoáng chất phổ biến nhất trong nước cứng là canxi và magiê đều được coi là những chất dinh dưỡng thiết yếu, có nghĩa là chúng phải được cung cấp trong chế độ ăn uống để duy trì chức năng cơ thể khỏe mạnh. Canxi là một thành phần quan trọng của xương và có nhiều tác dụng tích cực đối với cơ thể, chẳng hạn như ngăn ngừa các bệnh nghiêm trọng đe dọa tính mạng và gây đau đớn như loãng xương, sỏi thận, tăng huyết áp, đột quỵ, béo phì và bệnh động mạch vành.

Lượng magiê không đủ trong cơ thể làm tăng nguy cơ mắc một số dạng vấn đề sức khỏe, như tăng huyết áp, rối loạn nhịp tim, bệnh tim mạch vành và đái tháo đường. Các nghiên cứu được thực hiện về ảnh hưởng sức khỏe của nước cứng và nước mềm đã chỉ ra rằng những người uống nhiều nước mềm có tỷ lệ mắc bệnh tim cao hơn, cũng như huyết áp và mức cholesterol cao hơn, đồng thời nhịp tim nhanh hơn những người hầu như chỉ uống nước cứng. Hơn nữa, nước mềm ăn mòn đường ống, có thể cho phép các chất độc hại như chì làm ô nhiễm nước uống.

Nước cứng làm khô da và tóc, gội đầu thường xuyên có thể khiến da đầu bị ngứa, gàu. Các khoáng chất trong nước có thể thay đổi độ cân bằng pH của da làm suy yếu màng bảo vệ chống lại vi khuẩn gây hại, nhiễm trùng.

Cách làm mềm nước cứng

Làm mềm nước cứng giúp kiểm soát các ảnh hưởng có thể gây hại đến sức khỏe, giảm thiểu lượng xà phòng và nước sử dụng, bảo vệ đường ống nước. Ngoài ra, nhiều người có thể thấy tác động vôi hóa mà nước cứng gây ra đối với vòi và các vật dụng khác là không thuận lợi và chọn cách làm mềm nước để ngăn hình thành cặn khoáng như vậy. Dù làm mềm nước nhưng vẫn đảm bảo lượng khoáng chất trong nước cần thiết cho sự phát triển của cơ thể.

Trao đổi ion

Một cách để làm mềm nước là thông qua một quá trình gọi là trao đổi ion. Trong quá này, các ion không mong muốn được “trao đổi” để lấy các ion dễ chấp nhận hơn, thay thế các ion nước cứng như Ca^2 + và Mg^2 +  bằng các ion dễ chịu hơn, chẳng hạn như Na⁺ . Để làm điều này, nước cứng được dẫn qua một cột chứa zeolit ​​hoặc nhựa, liên kết các ion không mong muốn với bề mặt của nó và giải phóng các ion dễ chịu hơn. Trong quá trình này, các ion nước cứng trở thành các ion “cố định” do chúng được gắn vào vật liệu nhựa. Các ion cố định này thay thế các ion mong muốn (Na⁺), bây giờ được gọi là phản ứng, từ cột, do đó trao đổi các ion trong nước.

Thật không may, quá trình này có nhược điểm là làm tăng hàm lượng natri trong nước uống, điều này có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe của những người có chế độ ăn hạn chế natri.

Làm mềm vôi

Quá trinh làm mềm vôi xảy ra với hợp chất canxi hydroxit Ca(OH)₂ được thêm vào nước cứng. Ca(OH)₂ hay “vôi tôi” làm tăng độ pH của nước khiến cho canxi và magie kết tủa thành CaCO₃ và Mg(OH)₂. Những kết tủa này sau đó có thể dễ dàng được lọc ra do tính không tan trong nước và axit được thêm vào để đưa độ pH của nước trở lại bình thường.

Thải sắt

Các chất tạo phức cũng có thể được sử dụng để làm mềm nước cứng. Các phối tử nhiều răng cưa, chẳng hạn như EDTA phối tử hexadentate phổ biến, liên kết các ion không mong muốn trong nước cứng. Các phối tử này đặc biệt hữu ích trong việc liên kết các cation magie và canxi, như đã đề cập, rất phổ biến trong các dung dịch nước cứng. Tác nhân chelate tạo thành một phức hợp vòng rất ổn định với các cation kim loại, ngăn chúng tương tác với bất kỳ chất nào khác có thể được đưa vào dung dịch, chẳng hạn như xà phòng. Bằng cách này, các chất thải sắt có thể làm giảm các tác động tiêu cực liên quan đến nước cứng.

Thẩm thấu ngược

Quá trình cuối cùng, thẩm thấu ngược, sử dụng áp suất cao để đẩy nước qua màng bán thấm. Màng này thường được thiết kế để không thấm bất cứ thứ gì khác ngoài nước, nó giữ lại các ion và phân tử lớn tạo thành độ cứng của nước khiến nước mềm hơn. Trong quá trình này, nước chuyển từ trạng thái cứng sang thành phần mềm hơn do các ion gây ra độ cứng của nước bị ngăn cản đi qua màng. Thẩm thấu ngược có nhược điểm là lãng phí nước thải so với các phương pháp xử lý nước khác nhưng đều có tác dụng làm mềm nước.

Polyphosphate

Polyphosphat được sử dụng trong các hệ thống nước dân dụng thực hiện các chức năng chính: ức chế sự ăn mòn của đường ống nước, cô lập các kim loại gây hại trong nước. Nước chưa được xử lý đi qua bộ lọc khử cặn, một lượng nhỏ poly-photphat hòa tan rất chậm trong dòng nước và phản ứng của canxi, magie, sắt trong nước. Các tinh thể polyphosphate được đặt trong một lớp lọc khi nước chảy qua nó, các tinh thể sẽ hòa tan vào nước và bao phủ sắt, canxi và magiê trong nước duy trì khả năng hòa tan của kim loại.

 Xử lý nước Polyphosphate có thể loại bỏ việc sử dụng chất làm mềm nước trao đổi ion trong nhiều trường hợp và thường tiết kiệm hơn và thân thiện với môi trường hơn, không cần tái tạo, lãng phí nước.

Nước cứng vừa có lợi ích cũng như tác hại việc hiểu đúng bản chất và phương pháp làm mềm giúp bảo vệ nguồn nước, sức khỏe cũng như giảm thiểu các chi phí bảo dưỡng.