سختی آب یکی از مهم‌ترین پارامترهای شیمیایی در کیفیت آب است که نشان‌دهنده میزان وجود یون‌های کلسیم (Ca²⁺) و منیزیم (Mg²⁺)  در آب می‌باشد. این یون‌ها عمدتاً از حل شدن مواد معدنی مانند سنگ‌های آهکی (کربنات کلسیم) و دولومیت در آب ناشی می‌شوند. ممکن است اثرات آب سخت را به معنای واقعی کلمه، آخرین باری که دستان خود را با صابون شسته اید، احساس کرده باشید. بسته به سختی آب، پس از استفاده از صابون برای شستشو، ممکن است احساس کرده باشید که لایه‌ای از صابون روی دست‌هایتان باقی مانده است. وقتی صابون (عمدتاً نمک سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب مانند استئارات سدیم،C₁₇H₃₅COO⁻Na⁺) ) با آب سخت (حاوی یون‌های کلسیم و منیزیم تماس پیدا می‌کند، یک واکنش جابجایی دوگانه رخ می‌دهد که منجر به تشکیل رسوب نامحلول به جای کف می‌شود.

 

انواع سختی آب

سختی آب بر دو گونه است: سختی موقت و سختی دائم. به‌طور کلی عوامل سختی کاتیون‌ها می‌باشند. سختی به‌طور عمده بر پایه دو یون منیزیم و کلسیم سنجیده می‌شود. یون‌هایی مانند آلومینیم، آهن، منگنز و روی در سختی آب شرکت می‌کنند ولی کلسیم و منیزیم عوامل اصلی سختی هستند (معمولاً بیش از ۹۵٪ سختی آب را تشکیل می‌دهند) زیرا هم فراوان‌اند و هم اثرات عملی قابل توجهی دارند.

سختی موقت (کربناتی): ناشی از کربنات‌ها و بیکربنات‌های کلسیم و منیزیم (آهن و …) است. این سختی با جوشاندن آب از بین می‌رود، زیرا کربنات‌ها رسوب می‌کنند (مانند رسوب در کتری).

سختی دائم (غیرکربناتی): ناشی از سولفات‌ها، کلریدها و نیترات‌های کلسیم و منیزیم (آهن و …) است. با جوشاندن از بین نمی‌رود و نیاز به روش‌های شیمیایی یا تصفیه دارد.

سختی کل برابر با مجموع سختی موقت و دائم است.

 

انواع درجه‌بندی سختی آب

سختی آب معمولاً به چهار دسته کلی تقسیم می‌شود (بر حسب ppm کربنات کلسیم (CaCO₃): آب نرم، آب نیمه سخت، آب سخت و بسیار سخت. آب نرم: آبی است که میزان املاح یا سختی آن بین 0 تا 60 میلی گرم بر لیتر یا ppm CaCO₃ می باشد. این آب برای شست و شو مناسب است ولی می تواند موجب خوردگی لوله ها شود. آب نیمه سخت دارای سختی معادل با ppm CaCO₃ 120-60 می باشد. این آب قابل استفاده برای اکثر مصارف خانگی است. آب سخت دارای ppm CaCO₃ 180-120 و آب بسیار سخت دارای سختی بالاتر از ppm CaCO₃ 180 می باشند.

اهمیت اندازه‌گیری سختی آب:

مصارف خانگی:

آب سخت باعث کاهش کف‌آوری صابون و شوینده‌ها می‌شود. همچنین موجب ایجاد رسوب در لوله‌ها، شیرآلات، ماشین‌های لباس‌شویی و ظروف، وکاهش راندمان گرمایشی در دیگ‌های بخار و کتری‌ها می گردد.

 

صنعتی:

در صنایعی مانند نساجی، داروسازی و تولید مواد غذایی، آب سخت باعث کاهش کیفیت محصول می‌شود. همچنین باعث تشکیل رسوب در بویلرها و سیستم‌های خنک‌کننده می گردد، که منجر به افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

 

سلامتی:

آب با سختی بسیار بالا ممکن است باعث ایجاد سنگ کلیه در برخی افراد شود. آب با سختی بسیار پایین (نرم) ممکن است باعث خوردگی لوله‌ها و آزاد شدن فلزات سنگین مانند سرب شود.

 

کشاورزی:

آبیاری با آب سخت می‌تواند باعث تجمع املاح در خاک و کاهش جذب مواد مغذی توسط گیاهان شود.

 

روش‌های کاهش سختی آب:

• استفاده از سختی‌گیر رزینی (تبادل یونی): جایگزینی یون‌های Ca²⁺ و Mg²⁺ با یون‌های سدیم .(Na⁺)
• استفاده از سیستم اسمز معکوس (RO): حذف املاح از طریق فیلتراسیون پیشرفته.
• اضافه کردن مواد شیمیایی مانند کربنات سدیم: برای رسوب دادن یون‌های سختی.
• جوشاندن (برای سختی موقت): تبدیل بیکربنات‌ها به کربنات‌های نامحلول.

 

سختی مطلوب آب آشامیدنی:

سازمان‌های بهداشتی مانند WHO محدوده مناسب سختی آب آشامیدنی را ppm 150-50 بر اساس CaCO₃ پیشنهاد می‌کنند. آب با سختی زیر ppm 50 نرم و بالای ppm 300 بسیار سخت در نظر گرفته می‌شود.

کیت‌های سختی آب، ابزارهای ساده و کاربردی برای اندازه‌گیری میزان سختی آب (میزان یون‌های کلسیم و منیزیم) هستند. این کیت‌ها معمولاً برای استفاده در منازل، آزمایشگاه‌های کوچک، صنایع و حتی آکواریوم‌ها طراحی شده‌اند.

 

انواع کیت‌های تست سریع سختی آب:

کیت‌های تست نواری (Test Strips):

• شامل نوارهای کاغذی آغشته به معرف شیمیایی هستند.
• با فرو بردن نوار در آب، رنگ آن تغییر می‌کند.
• مقایسه رنگ ایجادشده با جدول رنگی ارائه‌شده، میزان سختی آب را مشخص می‌کند.
• سریع و ارزان، اما دقت کمتری نسبت به روش‌های تیتراسیون دارد.

 

کیت‌های تیتراسیون (قطره‌ای):

• شامل یک محلول معرف (معمولاً EBT یاEDTA ) و یک محلول تیترانت است.
• کاربر مقدار مشخصی از آب را در ویال ریخته و قطره‌قطره تیترانت اضافه می‌کند تا تغییر رنگ ایجاد شود.
• تعداد قطره‌های مصرف‌شده، سختی آب را بر حسب ppm یا dH نشان می‌دهد.
• دقت بالاتری نسبت به تست نواری دارد.

 

کیت‌های دیجیتال (سختی‌سنج‌های الکترونیکی):

• با استفاده از سنسورهای الکتروشیمیایی، میزان هدایت الکتریکی آب را اندازه‌گیری می‌کنند.
• نتایج را به صورت عددی روی صفحه نمایش نشان می‌دهند.
• گران‌تر ولی دقیق و سریع هستند.