ความกระด้างของน้ำเกิดจากเกลือละลายของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท ส่วนใหญ่เป็นแคลเซียมและแมกนีเซียม คุณสมบัติของน้ำกระด้างและน้ำอ่อนส่งผลต่อสุขภาพของมนุษย์และกระบวนการทางเทคโนโลยีในการผลิตในรูปแบบต่างๆ
ความกระด้างเป็นคุณลักษณะของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของน้ำ เนื่องจากมีเกลือที่ละลายอยู่ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท แคลเซียมและแมกนีเซียมมีส่วนช่วยหลักในการทำให้ความแข็งของเกลือ แม้ว่าโลหะอื่นๆ อาจมีอยู่ในปริมาณเล็กน้อย เช่น แมงกานีส เหล็ก รวมทั้งไตรวาเลนต์ สตรอนเทียม แบเรียม อลูมิเนียม
ความแข็งมี 2 ประเภท: ชั่วคราวที่เกิดจากไฮโดรคาร์บอนและคาร์บอเนตและถาวรที่เกิดจากคลอไรด์ ซัลเฟตและซิลิเกตของแคลเซียมและแมกนีเซียม ความกระด้างชั่วคราวถูกขจัดออกไปเกือบหมดโดยการให้ความร้อนกับน้ำเพื่อตกตะกอนแคลเซียมคาร์บอเนตและแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ ความแข็งคงที่ถูกควบคุมโดยใช้วิธีรีเอเจนต์ (เช่น ไลม์โซดา) หรือวิธีแลกเปลี่ยนไอออน
มาตรการและขีดจำกัดความกระด้างของน้ำ
ความกระด้างของน้ำธรรมชาติแตกต่างกันอย่างมาก การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความรุนแรงของกระบวนการละลายและการผุกร่อนของหิน เช่น หินปูน โดโลไมต์ ยิปซั่ม ภายในแหล่งต้นน้ำและแหล่งน้ำ แหล่งที่มาของไอออนอาจเป็นกระบวนการทางจุลชีววิทยาในดินของพื้นที่เก็บกักและในตะกอนด้านล่างตลอดจนน้ำเสียจากสถานประกอบการต่างๆ
ความกระด้างของน้ำธรรมชาติได้รับอิทธิพลอย่างมากจากปัจจัยภูมิอากาศตามฤดูกาล เช่น การระเหย การละลายของหิมะและน้ำแข็ง ปริมาณน้ำฝน ความกระด้างของน้ำผิวดินน้อยที่สุดพบได้ในฤดูใบไม้ผลิ
ปริมาณแคลเซียมไอออนจะลดลงเมื่อเพิ่มแร่ธาตุในน้ำและมักจะไม่เกิน 1 กรัมต่อลิตร ไอออนของแมกนีเซียมสามารถสะสมได้ และในน้ำที่มีแร่ธาตุสูง ปริมาณของไอออนอาจอยู่ที่หลายกรัม หรือในทะเลสาบเกลือ อาจมีปริมาณหลายสิบกรัมต่อลิตร ในทะเลและมหาสมุทร ความกระด้างของน้ำสูงมาก
ความเข้มข้นรวมที่วัดได้ของแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนบวกทำหน้าที่เป็นตัวเลขสำหรับความกระด้างของน้ำ ในทางปฏิบัติของโลก ใช้ความกระด้างของน้ำหลายหน่วย เช่น โมลต่อลูกบาศก์เมตร ในรัสเซียเมื่อวันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2548 ได้มีการแนะนำมาตรฐานแห่งชาติฉบับใหม่ซึ่งวัดความกระด้างของน้ำเป็นระดับความกระด้าง
อิทธิพลของความกระด้างของน้ำต่อชีวิตมนุษย์
องค์การอนามัยโลกไม่ได้กำหนดเกณฑ์ใด ๆ สำหรับผลกระทบของความกระด้างของน้ำดื่มต่อสุขภาพของมนุษย์ แม้ว่าการศึกษาบางชิ้นจะสังเกตเห็นการลดลงของโรคหัวใจและหลอดเลือดเมื่อดื่มน้ำกระด้าง การใช้น้ำอ่อนอย่างต่อเนื่องอาจนำไปสู่ความไม่สมดุลของแร่ธาตุในร่างกายมนุษย์ เนื่องจากบุคคลได้รับแคลเซียมมากถึง 15% ต่อวันจากการดื่มน้ำ ในทำนองเดียวกัน ร่างกายก็ต้องการแมกนีเซียมเติมเต็ม
ปฏิกิริยาของเกลือที่มีความแข็งกับผงซักฟอกจะทำลายฟิล์มไขมันตามธรรมชาติบนผิวหนังของมนุษย์และอุดตันรูขุมขน ความกระด้างที่เพิ่มขึ้นจะทำให้คุณภาพของน้ำลดลงและสามารถให้รสขมแก่น้ำได้ เกลือที่มีความกระด้างยังก่อให้เกิดสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำด้วยโปรตีนในอาหารเมื่อปรุงเนื้อสัตว์ ปลา และผัก ซึ่งจะทำให้กระบวนการทำอาหารลดลง
ความกระด้างของน้ำมีส่วนทำให้เกิดตะกรันในระหว่างการให้ความร้อน ซึ่งจะช่วยลดความเข้มของการแลกเปลี่ยนความร้อนในระบบทำความร้อนและทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากเกินไป ในทางกลับกัน น้ำอ่อนมากเกินไปทำให้เกิดการกัดกร่อนของท่อน้ำเพิ่มขึ้น