Nước tự nhiên chứa nhiều loại khoáng chất, trong đó chủ yếu là canxi và magiê. Hàm lượng các khoáng chất này quyết định nguồn nước được coi là “cứng” hay “mềm”. Nước mềm có nồng độ canxi và/hoặc magiê thấp hơn so với nước cứng.
Vậy điều gì chính xác tạo nên sự khác biệt này? Độ cứng của nước chủ yếu được xác định bởi nồng độ của các ion đa hóa trị, đặc biệt là cation hóa trị hai và hóa trị ba. Các cation này có khả năng tạo thành cặn không hòa tan (vôi) khi kết hợp với các anion phổ biến như cacbonat, sunfat và silicat. Trong số các cation đa hóa trị này, canxi (Ca2+) và magiê (Mg2+) là phổ biến nhất và thường chiếm phần lớn độ cứng trong nước tự nhiên.
Nước cứng hình thành khi nước chảy qua hoặc thấm qua các tầng đá và đất giàu khoáng chất như đá vôi, đá dolomit và thạch cao. Những loại đá này chứa nhiều canxi và magiê cacbonat, bicarbonate và sunfat. Khi nước tiếp xúc với các khoáng chất này, chúng hòa tan vào nước, làm tăng nồng độ ion canxi và magiê. Quá trình này hoàn toàn tự nhiên và là lý do tại sao nước ngầm thường cứng hơn nước mặt, vì nước ngầm có thời gian tiếp xúc lâu hơn với các tầng đá chứa khoáng chất.
Nước mềm, ngược lại, chứa ít ion canxi và magiê hơn. Nước mưa tự nhiên vốn là nước mềm vì nó không chứa nhiều khoáng chất hòa tan. Tuy nhiên, khi nước mưa chảy qua bề mặt hoặc thấm xuống đất, nó có thể hấp thụ các khoáng chất và trở nên cứng hơn. Nước từ các khu vực có địa chất ít khoáng chất hòa tan hoặc nước đã qua xử lý làm mềm thường là nước mềm.
Độ cứng của nước thường được đo bằng đơn vị “grains per gallon” (gpg) hoặc miligam trên lít (mg/L), còn được gọi là phần triệu (ppm). Theo tiêu chuẩn thường được sử dụng ở Hoa Kỳ, nước được phân loại như sau:
- Nước mềm: Dưới 1 gpg hoặc 17.1 mg/L
- Nước hơi cứng: 1 đến 3.5 gpg hoặc 17.1 đến 60 mg/L
- Nước cứng vừa phải: 3.5 đến 7 gpg hoặc 60 đến 120 mg/L
- Nước cứng: 7 đến 10.5 gpg hoặc 120 đến 180 mg/L
- Nước rất cứng: Trên 10.5 gpg hoặc trên 180 mg/L
Việc sử dụng nước cứng có thể gây ra nhiều vấn đề trong sinh hoạt hàng ngày và công nghiệp. Cặn khoáng do nước cứng tạo ra có thể tích tụ trong đường ống, thiết bị gia nhiệt và các thiết bị khác, làm giảm hiệu quả hoạt động và tuổi thọ của chúng. Trong gia đình, nước cứng gây khó khăn trong việc giặt giũ, tắm rửa do làm giảm hiệu quả của xà phòng và chất tẩy rửa, đồng thời tạo ra các vết cặn trên bát đĩa, vòi nước và bồn tắm.
Để khắc phục những vấn đề này, nhiều hộ gia đình và doanh nghiệp sử dụng các hệ thống làm mềm nước. Các hệ thống này thường hoạt động dựa trên nguyên tắc trao đổi ion, loại bỏ các ion canxi và magiê và thay thế chúng bằng ion natri hoặc kali. Quá trình này giúp giảm độ cứng của nước, mang lại nhiều lợi ích như tăng hiệu quả sử dụng xà phòng, bảo vệ thiết bị và cải thiện chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, việc làm mềm nước cũng có thể có những nhược điểm nhất định, chẳng hạn như tăng hàm lượng natri trong nước uống và tạo ra nước thải chứa muối, gây tác động đến môi trường. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng các lợi ích và nhược điểm trước khi quyết định làm mềm nước.
