Độ cứng của nước là thông số quan trọng phản ánh nồng độ ion canxi và magie hòa tan, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt và sản xuất công nghiệp. Bài viết này của ATS Water Technology sẽ giải thích rõ độ cứng của nước là gì, công thức tính, cách đo, các yếu tố tác động và phương pháp xử lý hiệu quả để bảo vệ thiết bị và cải thiện chất lượng nước. Quý khách hàng hãy theo dõi!

1. Độ cứng của nước là gì?

Độ cứng của nước là thông số phản ánh lượng ion kim loại hóa trị 2 hòa tan trong nước, trong đó Ca2+ và Mg2+ là hai thành phần chính quyết định mức độ cứng. Khi nồng độ các ion này cao, nước khó tạo bọt với xà phòng, gây đóng cặn trong thiết bị gia nhiệt và làm giảm hiệu suất của hệ thống cấp nước.

1.1. Nguyên nhân gây ra độ cứng của nước

Độ cứng chủ yếu hình thành tự nhiên do nước tiếp xúc lâu dài với các loại đá chứa khoáng chất:

  • Đá vôi – CaCO3: nguồn Ca2+ phổ biến nhất trong nước ngầm.
  • Đôlômit – CaMg(CO3)2: giải phóng đồng thời Ca2+ và Mg2+.
  • Thạch cao – CaSO4: tạo ra độ cứng vĩnh cửu.

Khi nước mưa chứa CO2 thấm xuống đất, CO2 tạo thành H2CO3 (axit cacbonic). Chất này phản ứng với các loại đá nêu trên, làm Ca2+, Mg2+ hoà tan vào nước gây ra nước cứng.

Ngoài tự nhiên, một số hoạt động của con người như xả thải công nghiệp, rò rỉ nước từ hệ thống xử lý dùng hóa chất cũng có thể bổ sung thêm ion kim loại gây cứng.

Độ cứng của nước là gì?
Độ cứng của nước chính là tổng nồng độ ion Ca2+ và Mg2+, chủ yếu do nước ngấm qua các tầng đá vôi, dolomite và thạch cao

1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số độ cứng của nước

Độ cứng thay đổi tùy khu vực và điều kiện môi trường, phụ thuộc vào:

  • Đặc điểm địa chất: Vùng có đá vôi/đôlômit thường có nước rất cứng, trong khi vùng núi lửa, đá bazan thường cho nước mềm hơn.
  • Thời gian tiếp xúc: Nước ngầm thường có mức độ cứng cao hơn nước mặt vì tiếp xúc lâu với khoáng chất.
  • Lượng mưa: Mưa nhiều có thể pha loãng ion trong nước, làm giảm tạm thời độ cứng.
  • Nhiệt độ và pH: Nhiệt độ cao và pH thay đổi ảnh hưởng đến khả năng hòa tan và kết tủa của muối canxi – ví dụ khi gia nhiệt, nước dễ tạo cáu cặn CaCO3 trong thiết bị đun nóng. Chỉ số Langelier (LSI) dùng để dự đoán xu hướng hình thành cáu cặn.
  • Hoạt động con người: Xả thải, tưới tiêu, tưới rửa mỏ… đều có thể làm tăng ion Ca2+ / Mg2+ trong nước.

1.3. Đơn vị độ cứng của nước

Độ cứng có thể được biểu diễn bằng nhiều đơn vị, phổ biến nhất là:

  • mg/L hay ppm (tính theo CaCO3): cách phổ biến nhất – “mg/L tính theo CaCO3” biểu thị độ cứng tương đương so với khối lượng CaCO3 hòa tan. 1 mg/L = 1 ppm (tính theo CaCO3).
  • gpg (grain per gallon): 1 gpg = 64,8 mg CaCO3 trên mỗi gallon (3,79 lít) nước, tương đương 17,118 ppm.
  • °dH (độ cứng Đức / dGH): 1 °dH ≈ 17,848 mg/L CaCO3 (hay 10 mg/L CaO).
  • °e (Độ cứng Pháp): 1°e = 64,8 mg CaCO3 trong 4,55 lít nước, tương đương 14,254 ppm.
  • °F (Độ cứng Phần Lan/Anh): 1°F = 10 mg/l CaCO3, tương đương 10 ppm.
mmol / L ppm, mg / L dGH, °dH gpg °e ° F
mmol / L 1 0,009991 0,1783 0,171 0,1424 0,09991
ppm, mg / L 100,1 1 17,85 17,12 14,25 10
dGH, °dH 5,608 0,05603 1 0,9591 0,7986 0,5603
gpg 5,847 0,05842 1,043 1 0,8327 0,5842
°e 7,022 0,07016 1,252 1,201 1 0,7016
°F 10,01 0,1 1,785 1,712 1,425 1
Ví dụ: 1 mmol / L = 100,1 ppm và 1 ppm = 0,056 dGH.

2. Phân biệt độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu

Độ cứng nước được chia thành độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu dựa trên thành phần ion gây cứng và khả năng loại bỏ chúng bằng gia nhiệt. Hai dạng độ cứng này có cơ chế hình thành khác nhau nên cách xử lý cũng hoàn toàn khác nhau. Cụ thể như sau:

TIÊU CHÍ ĐỘ CỨNG TẠM THỜI ĐỘ CỨNG VĨNH CỬU
Nguyên nhân chính Do các muối bicacbonat hòa tan của canxi và magie, như canxi bicacbonat, magie bicacbonat Do các muối không kết tủa khi đun sôi, như canxi sulfat, canxi clorua, magie sulfat, magie clorua
Ion gây cứng Canxi (Ca2+), Magie (Mg2+); Anion: cacbonat (CO32−), bicacbonat (HCO3−) Canxi (Ca2+), Magie (Mg2+); Anion: sulfat (SO42−), clorua (Cl−)
Khả năng xử lý bằng đun sôi Có thể loại bỏ hoặc giảm đáng kể Khó hoặc không thể loại bỏ bằng đun sôi
Cơ chế loại bỏ Đun sôi làm phân hủy bicacbonat, tạo kết tủa canxi cacbonat, giảm nồng độ ion gây cứng Các ion gây cứng không kết tủa khi đun sôi, nước vẫn giữ độ cứng
Biện pháp làm mềm khác Thêm vôi (canxi hydroxit) hoặc xử lý nhiệt Sử dụng máy làm mềm nước hoặc cột trao đổi ion để thay thế Ca2+, Mg2+ bằng Na+ hoặc K+
Đặc điểm trong sinh hoạt Gây cáu cặn vôi trong ấm đun nước và máy nước nóng; có thể xử lý bằng đun sôi Duy trì độ cứng sau đun sôi; cần xử lý bằng công nghệ trao đổi ion

3. Ảnh hưởng của độ cứng của nước đến sinh hoạt và sản xuất

Độ cứng của nước, chủ yếu do các ion canxi và magie gây ra, có tác động trực tiếp đến sinh hoạt hàng ngày cũng như các quy trình sản xuất công nghiệp.

Trong sinh hoạt, nước cứng gây ra:

  • Giảm hiệu quả xà phòng và chất tẩy rửa, tạo cặn trắng khi giặt.
  • Hình thành cáu cặn vôi trong ấm đun, máy nước nóng và đường ống, làm giảm hiệu suất và tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị.
  • Đôi khi có thể liên quan đến viêm da dị ứng ở trẻ em.

Trong công nghiệp, độ cứng gây ra:

  • Tắc nghẽn đường ống do kết tủa canxi và magie, làm giảm lưu lượng nước.
  • Giảm hiệu suất nồi hơi, tháp giải nhiệt và thiết bị truyền nhiệt, tăng nguy cơ quá nhiệt và hỏng hóc.
  • Ăn mòn điện hóa, làm giảm tuổi thọ các bộ phận kim loại trong hệ thống.
Ảnh hưởng của độ cứng của nước đến sinh hoạt và sản xuất
Nước có độ cứng cao tạo cáu cặn làm hỏng thiết bị sinh hoạt, tắc nghẽn đường ống, tăng nguy cơ ăn mòn trong sản xuất công nghiệp

4. Tiêu chuẩn độ cứng của nước theo từng ứng dụng

Độ cứng nước chủ yếu do các ion canxi và magie, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh hoạt, sức khỏe và các quy trình công nghiệp. Mỗi ứng dụng của nước đều yêu cầu mức độ cứng khác nhau để đảm bảo hiệu quả sử dụng và bảo vệ thiết bị. Dưới đây là bảng tổng hợp các mức độ cứng tiêu chuẩn theo từng ứng dụng phổ biến:

ỨNG DỤNG/ PHÂN LOẠI TIÊU CHUẨN ÁP DỤNG TIÊU CHUẨN ĐỘ CỨNG (mg/L CaCO3) MỤC TIÊU VÀ LƯU Ý
Nước uống QCVN 01:2018/BYT Tối đa 300 Đảm bảo an toàn vệ sinh và cung cấp khoáng chất.
Nước sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT Tối đa 350 Tránh đóng cặn quá mức trong thiết bị đun nước, ống dẫn.
Nước mềm (phân loại chung) – 0–60 Phù hợp cho sinh hoạt như giặt giũ, tạo bọt xà phòng.
Nước cấp cho lò hơi áp suất thấp – < 3 Ngăn chặn đóng cặn, đảm bảo hiệu suất trao đổi nhiệt.
Nước cấp cho lò hơi áp suất cao – < 0,1 Phải là nước khử khoáng hoặc nước tinh khiết (deionized/RO).
Nước cấp cho tháp giải nhiệt – 50–100 Kiểm soát cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt, tùy chu kỳ cô đặc.
Nước cho công nghiệp điện tử / dược phẩm – < 0,1 (gần 0) Phải là nước siêu tinh khiết (Ultrapure Water) để bảo vệ sản phẩm và thiết bị.

Xem thêm: 8 chỉ tiêu chất lượng nước quan trọng đánh giá tình trạng nước

5. Cách đo độ cứng của nước

Độ cứng của nước, chủ yếu do các ion canxi và magie, có thể được đo bằng nhiều phương pháp để kiểm soát chất lượng nước sinh hoạt và công nghiệp, bao gồm:

  • Thuốc thử EDTA: Sử dụng dung dịch EDTA tạo phức với Ca2+ và Mg2+; chất chỉ thị Eriochrome Black T chuyển màu từ đỏ tía sang xanh lam khi toàn bộ ion được trung hòa; thể tích EDTA sử dụng cho biết độ cứng.
  • Bộ test nhanh nhỏ giọt hoặc giấy quỳ: Thuốc thử phản ứng với ion Ca2+ và Mg2+, màu thay đổi so với thang chuẩn để xác định độ cứng của nước.
  • Thiết bị đo điện tử (Hardness Meter): Đo trực tiếp độ cứng dựa trên nguyên tắc quang trắc kết hợp thuốc thử chuyên dụng, cho kết quả tự động và chính xác.
  • Kiểm tra độ cứng của nước bằng xà phòng tại nhà (định tính): Lắc nước với xà phòng; nếu xuất hiện váng trắng và ít bọt là nước cứng, còn bọt xốp ổn định là nước mềm.
Cách đo độ cứng của nước
Độ cứng của nước có thể được đo bằng thuốc thử EDTA hoặc đo nhanh bằng bộ test nhỏ giọt, giấy quỳ, các thiết bị điện tử…

6. Phương pháp xử lý độ cứng nước hiệu quả

Việc xử lý độ cứng của nước là bước quan trọng để giảm các tác động tiêu cực như hình thành cáu cặn vôi trong ấm đun, máy nước nóng, đường ống và giảm hiệu quả của xà phòng, chất tẩy rửa. Tùy vào mục đích sử dụng và mức độ cứng nước, có nhiều phương pháp khác nhau, giúp làm mềm nước cứng một cách hiệu quả và an toàn. Gồm:

  • Sử dụng hạt nhựa trao đổi ion: Đây là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất, đặc biệt với độ cứng vĩnh cửu do các muối sulfat và clorua. Hạt nhựa cation thay thế các ion canxi (Ca2+) và magie (Mg2+) bằng ion natri (Na+) hoặc kali (K+), giảm hiện tượng cặn vôi và cặn xà phòng. Nước sau khi xử lý được gọi là nước mềm, phù hợp cho sinh hoạt và công nghiệp.
  • Đun sôi: Là phương pháp đơn giản để giảm độ cứng tạm thời. Khi nước được đun sôi, các muối bicacbonat của canxi và magie phân hủy, tạo ra canxi cacbonat kết tủa, làm giảm nồng độ ion gây cứng.
  • Thêm vôi (Lime Softening): Thêm canxi hydroxit vào nước giúp kết tủa canxi cacbonat, giảm độ cứng tạm thời. Phương pháp này thường áp dụng cho nước sinh hoạt hoặc xử lý nước công nghiệp ở quy mô vừa.
  • Sử dụng xút giặt (Washing Soda, Na2CO3): Dùng trong giặt giũ, Na2CO3 phản ứng với các ion canxi và magie trong nước, làm mềm nước và hỗ trợ xà phòng tạo bọt tốt hơn. Hiện nay, nhiều chất tẩy rửa tổng hợp đã tích hợp khả năng làm mềm nước, nên phương pháp này ít được sử dụng cho nhu cầu hiện đại.

Xem thêm: Phương pháp trao đổi ion làm mềm nước cứng: Quy trình và ứng dụng

Phương pháp xử lý độ cứng nước hiệu quả
Cần xác định mức độ cứng của nước để chọn phương pháp làm giảm độ cứng hiệu quả

7. Các câu hỏi thường gặp về độ cứng của nước

Độ cứng của nước là gì?

Độ cứng nước là nồng độ các ion kim loại hóa trị hai, chủ yếu Ca2+ và Mg2+. Nước cứng làm giảm hiệu quả xà phòng, tạo cặn vôi trong thiết bị và đường ống.

Các yếu tố nào làm tăng độ cứng của nước?

Độ cứng tăng khi nước tiếp xúc lâu với đá vôi, thạch cao, đôlômit, hoặc chứa thêm ion kim loại như sắt, nhôm. Nhiệt độ và pH cũng ảnh hưởng đến khả năng hòa tan khoáng chất.

Tiêu chuẩn độ cứng của nước sinh hoạt (nước máy) là bao nhiêu?

Theo QCVN 02:2009/BYT, nước sinh hoạt tối đa 350 mg/L CaCO3. Tiêu chuẩn độ cứng của nước uống theo QCVN 01-1:2018/BYT tối đa 300 mg/L CaCO3.

Công thức tính độ cứng của nước là gì?

Cách tính độ cứng của nước theo công thức như sau: Độ cứng tổng = (Nồng độ Ca2+ × 2,5) + (Nồng độ Mg2+ × 4,1). Trong đó nồng độ ion tính bằng mg/L, kết quả ra mg/L CaCO3 tương đương.

Làm cách nào để giảm độ cứng của nước?

Có thể dùng hạt nhựa trao đổi ion, đun sôi, thêm vôi hoặc xút giặt để giảm ion Ca2+ và Mg2+, làm mềm nước cho sinh hoạt và công nghiệp.

Như vậy, hiểu rõ độ cứng của nước sẽ hỗ trợ Quý khách lựa chọn giải pháp làm mềm nước phù hợp, từ đun sôi, thêm vôi đến dùng hạt nhựa trao đổi ion. Việc kiểm soát độ cứng giúp giảm cáu cặn vôi, bảo vệ thiết bị gia dụng và công nghiệp, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Để được tư vấn giải pháp xử lý nước cứng hiệu quả, khách hàng vui lòng liên hệ ATS Water Technology thông qua:

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ NƯỚC ATS