1. Nước cứng là gì ?

Nước cứng là nước chứa ion có hoá trị 2 như Ca2+, Mg2+, … Cụ thể nước tự nhiên được coi là cứng nếu chứa trên ba mili đương lượng gam cation canxi (Ca2+) và magie (Mg2+) trong một lít.

Nước nhiều Mg2+ có vị đắng. Tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ đặc trưng cho tính chất cứng của nước.

Ngày nay, người ta còn tính cả ion Fe2+ và Na+ vào độ cứng. Độ cứng của nước thiên nhiên dao động rất nhiều và đặc trưng lớn ở nước ngầm

Độ cứng của nước được chia làm 2 loại:

Độ cứng tạm thời hay độ cứng carbonat: Tạo bởi các muối Ca và Mg carbonat và bicarbonat, trong đó chủ yếu là bicarbonat vì muối carbobat Ca và Mg hầu như không tan trong nước. Gọi là độ cứng tạm thời vì chúng ta có thể giảm được nó bằng nhiều phương pháp đơn giản. Trong tự nhiên, độ cứng tạm thời của nước cũng thay đổi thường xuyên dưới tác dụng của nhiều yếu tố, ví dụ như nhiệt độ ...

Độ cứng vĩnh viễn: Tạo bởi các muối khác của Ca và Mg như sulphat, clorua... chỉ có thể thay đổi bằng các phương pháp phức tạp và đắt tiền.

Thông thường người ta chỉ quan tâm đến độ cứng tạm thời của nước vì nó có ảnh hưởng nhiều hơn là độ cứng vĩnh viễn. Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau, nhưng chủ yếu người ta dùng 3 đơn vị đo: độ dH, mg đương lượng/lít và ppm. Để đơn giản, khi đo độ cứng người ta thường quy về 1 loại muối là CaCO3.

Nước có độ cứng tạm thời lớn hơn 100 ppm được coi là nước cứng, dưới mức đó được coi là nước mềm.

2. Tác hại của nước cứng

Độ cứng vĩnh viễn của nước ít ảnh hưởng đến sinh vật trừ phi nó quá cao, ngược lại, độ cứng tạm thời lại có ảnh hưởng rất lớn. Nguyên nhân là vì thành phần chính tạo ra độ cứng tạm thời là các muối bicarbonat Ca và Mg: Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2, chúng là các muối hòa tan hoàn toàn nhưng không ổn định, không bền. Chúng dễ dàng bị phân hủy thành CaCO3, MgCO3 là các muối kết tủa:

Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2

Mg(HCO3)2 => MgCO3 + H2O + CO2

Khi phản ứng phân hủy xảy ra trong cơ thể sinh vật, các muối này kết tủa trong cơ thể sinh vật sẽ gây hại không nhỏ. Ở con người, chúng là nguyên nhân gây ra sỏi thận và một trong các nguyên nhân gây tắc động mạch do đóng cặn vôi ở thành trong của động mạch. Lưu ý là các muối CaCO3 và MgCO3 là các muối kết tủa và chúng không thấm qua niêm mạc hệ tiêu hóa của chúng ta được, chỉ các muối hòa tan mới thấm được thôi. Vì vậy nước cứng chỉ có tác hại do các muối bicarbonat.

3.    3. Các giải pháp xử lý nguồn nước có độ cứng cao

Giải pháp làm mềm nước bằng phương pháp trao đổi ion: Nước được làm mềm bằng cách sử dụng một loại nhựa có chứa ion Na+ liên kết với một cation (ion âm) khác, cation đó có khả năng liên kết với Ca2+ và Ma2+ mạnh hơn Na+. Khi cho nhựa vào cột trao đổi ion và cho nước cần xử lý chảy qua cột, cation có trong nhựa sẽ liên kết với các ion Ca2+  và Ma2+ và giữ chúng lại trong cột, đồng thời sẽ giải phóng Na+ vào nước, cách này giúp loại bỏ ion Ca2+  và Ma2+ có trong nước uống, giúp nước mềm hơn.

Ưu điểm : Với giải pháp này, vật liệu trao đổi ion có thể hoàn nguyên, tái tạo bằng muối trong suốt quá trình sử dụng mà không cần thay thế vật liệu đồng thời công suất lớn, có thể xử lý  nước sinh hoạt đầu nguồn để cung cấp nước trong toàn bộ hệ thống nước gia đình, bảo về các vật dụng và sức khỏe của các thành viên trong gia đình
Máy lọc nước Ro.
Với kích thước khe hở của màng Ro rất nhỏ: 0,0001 μm sẽ giúp loại bỏ triệt để độ cứng có trong nước nhưng cũng chính vì vậy mà nước sau lọc mất khoáng chất tự  nhiên đó là Ca2+, Mg2+.
Ưu điểm của phương pháp này là nước sau lọc rất sạch, có thể uống trực tiếp
Nhược điểm :Mất khoáng chất tự nhiên và công suất nhỏ, chỉ phục vụ ăn uống chứ không xử lý được nước cung cấp cho toàn bộ hệ thống
Đun nước.
Độ cứng trong nước chia làm 2 loại : Độ cứng vĩnh cửu và độ cứng tạm thời.
Khi đun nước sẽ không loại được độ cứng vĩnh cửu, tuy nhiên sẽ loại bỏ độ cứng tạm thời.
Phản ứng loại bỏ độ cứng tạm thời
Ca(HCO3)2 → CaCO3  ↓ + CO2 ­ + H2O
Mg(HCO3)2 → MgCO3 + CO2­ + H2O.

Phương pháp sử dụng hóa chất.
Phương pháp hóa học dựa trên phản ứng trao đổi của các ion magie và canxi với những ion khác để loại bỏ ion magie và canxi ra khỏi nước, từ đó làm giảm độ cứng của nước.
Các hóa chất thường dùng để xử lý độ cứng như:  Vôi, Vôi +Soda, Na3PO4
Tuy nhiên giải pháp này thường sử dụng với quy mô công nghiệp, ít sử dụng ở phạm vi gia đình.